JPH1022581A - 温度制御型半導体レーザ装置 - Google Patents

温度制御型半導体レーザ装置

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JPH1022581A
JPH1022581A JP17459996A JP17459996A JPH1022581A JP H1022581 A JPH1022581 A JP H1022581A JP 17459996 A JP17459996 A JP 17459996A JP 17459996 A JP17459996 A JP 17459996A JP H1022581 A JPH1022581 A JP H1022581A
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JP
Japan
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semiconductor laser
peltier cooler
laser device
substrate
carrier substrate
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JP17459996A
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Haruhito Shimizu
春仁 清水
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】冷却能力の劣化を招くことなしに、はんだクリ
ープに起因する光軸ずれを抑制する。 【解決手段】モジュールパッケージ11の底板12およ
びペルチエクーラ13の低温側基板13aに、それぞれ
ペルチエクーラ・ストッパ14およびキャリア基板・ス
トッパ16を備えている。これにより、はんだクリープ
によるペルチエクーラ13およびキャリア15の位置変
動が抑制される。また、低温側基板13aおよび高温側
基板13bの間に熱的干渉はないため、冷却能力の劣化
は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度制御型半導体
レーザ装置に関し、特にはんだ実装によるペルチエクー
ラを内蔵した温度制御型半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ装置は、光ファイバ伝送シ
ステムにおいて、電気信号を光信号に変換するために用
いられる。装置内に設けられた半導体レーザを電気信号
で駆動することにより、変調信号光が得られる。半導体
レーザの発振波長および光出力は温度依存性を有するた
め、安定な動作を確保するためには、半導体レーザの温
度制御が必要である。この目的のために、装置の内部に
電子冷却素子であるペルチエクーラを内蔵した温度制御
型モジュールが開発されている。
【0003】図12に一般的なペルチエクーラを内蔵し
た温度制御型半導体レーザ装置の構造図を示す。装置の
パッケージ121の内部の底面にペルチエクーラ122
が実装され、さらにその上にキャリア基板123が実装
されている。ペルチエクーラ122は、低温側基板12
2aおよび高温側基板122bと、それらに挟持された
ペルチエ素子122cから構成される。キャリア基板1
23の上には、半導体レーザ124およびレンズ125
等が実装されている。装置パッケージ121の外側の側
面には、光ファイバ126が固定されている。半導体レ
ーザ124からの出射光は、レンズ125により集光さ
れ光ファイバ126に結合する。半導体レーザ124と
光ファイバ126とを結合する光学系を構成する各部品
の固定には、通常、信頼性の高いYAG(イットリウム
・アルミニウム・ガーネット)レーザ溶接が用いられ
る。なお、装置パッケージ121と高温側基板122b
間および、低温側基板122aとキャリア基板123間
の固定には、熱伝導の点からはんだ、特にBiSnやI
nPbAgなどの低温はんだが用いられる。これは、ペ
ルチエ素子122cと低温側基板122aおよび高温側
基板122bとの固定には、通常、融点183℃のSn
Pbはんだが用いられるため、ペルチエクーラ122お
よびキャリア基板123を実装する際には、これよりも
低融点のはんだを使用する必要があるからである。
【0004】ところで、はんだ、特に低温はんだではク
リープが生じ易い。クリープとは、比較的微小な応力が
静的に長時間連続してかけられたとき、応力のかかった
部分が変形する現象である。ペルチエクーラおよびキャ
リア基板自体による重力により、これらを固定するはん
だに応力が発生し、クリープが生じる。その結果、半導
体レーザおよびレンズが搭載されたキャリア基板の位置
変動により光軸ずれが生じ、光ファイバ出力の低下を招
くことになる。以上のように、一般的なペルチエクーラ
を用いた温度制御型半導体レーザ装置では、光学系を長
期的に最適な状態に保持することができないという問題
がある。
【0005】このようなペルチエクーラを内蔵した温度
制御型半導体レーザ装置における信頼性上の課題を解決
するための半導体レーザ装置の一例が、特開平2−11
9194号公報に示されている。
【0006】図13および14は、この公報による発明
の一実施例による半導体レーザ装置の構造図である。装
置パッケージ131の内部底面にペルチエクーラ132
がはんだにより固定され、さらにその上に、半導体レー
ザ133が搭載されたキャリア基板134がはんだによ
り固定されている。光ファイバ135は、その端部がキ
ャリア基板134上に固定されている。このような構造
においても、キャリア基板134の位置変動により、光
ファイバ135に応力が加わり、半導体レーザ133と
光ファイバ135間の光軸ずれが発生する。本実施例で
は、装置パッケージ131の内部底面に、コの字状に延
在する位置規定体136が溶接により設置されており、
ペルチエクーラ132の基板およびキャリア基板134
のそれぞれの3つの側面と密着した状態になっている。
したがって、はんだクリープが生じても、ペルチエクー
ラ132およびキャリア基板134は動かないため、光
ファイバ135と半導体レーザ133との間の光軸ずれ
が生じることはない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の温度制御型半導
体レーザ装置は、冷却能力が著しく劣ることである。そ
の理由は、位置規定体により、ペルチエクーラの低温側
および高温側の間に熱の干渉が生じるためである。
【0008】本発明の目的は、冷却能力の劣化を招くこ
となしに、はんだクリープに起因する光軸ずれを抑制し
た信頼性の高い温度制御型半導体レーザ装置を実現する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の温度制御型半導
体レーザ装置は、装置パッケージの底板およびペルチエ
クーラの低温側基板に、それぞれ、ペルチエクーラおよ
びキャリア基板のはんだクリープによる位置変動を抑制
するためのストッパ(図1の14および16)を有す
る。
【0010】ペルチエクーラおよびキャリア基板は、そ
の側面をそれぞれ装置パッケージの底板およびペルチエ
クーラの低温側基板に設けられたストッパに接して実装
されることにより、支持・固定される。この結果、はん
だクリープの発生が抑制される。以上のような構造で
は、ペルチエクーラの低温側および高温側の間の熱の干
渉が生じないため、冷却能力の劣化は生じない。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0012】図1は、本発明の第1の実施の形態による
温度制御型半導体レーザ装置の構造図である。装置パッ
ケージ11の底板12の上面にペルチエクーラ13がは
んだにより固定されている。ペルチエクーラ13は、低
温側基板13aおよび高温側基板13bと、それらに挟
持されたペルチエ素子13cから構成される。底板12
には、ペルチエクーラ13を支持・固定するためのペル
チエクーラ・ストッパ14が形成されている。ペルチエ
クーラの低温側基板13aの上には、キャリア基板15
がはんだにより固定されている。ペルチエクーラの低温
側基板13aには、キャリア基板15を支持・固定する
ためのキャリア基板・ストッパ16が形成されている。
キャリア基板15の上には、半導体レーザ17およびレ
ンズ18が、それぞれはんだおよびYAGレーザ溶接に
より固定されている。装置パッケージ11の外側の側面
には、光ファイバ19がYAGレーザ溶接により固定さ
れている。
【0013】装置パッケージ11の底板12にはCuW
が、それ以外の部分にはFeNiCo合金が用いられて
いる。キャリア基板15には、FeNiCo合金が用い
られている。底板12と高温側基板13b、および低温
側基板13aとキャリア基板15の固定には、それぞ
れ、InPbAgおよびBiSnが用いられている。
【0014】図2は、図1に示した装置パッケージ11
の上蓋部を除いた状態の平面図である。図1における底
板12の上面のペルチエクーラ実装部分21の周辺部分
に、4つの段差部22a,22b,22cおよび22d
を有するペルチエクーラ・ストッパ14が形成されてい
る。図1における高温側基板13bの4つの側面は、そ
れぞれ段差部22a〜22dに接している。
【0015】図3は、図1に示したペルチエクーラ13
の平面図である。ペルチエクーラ13の低温側基板13
aのキャリア基板実装部分31の周辺部分に、4つの段
差部32a,32b,32cおよび32dを有するキャ
リア基板・ストッパ16が形成されている。図1におけ
るキャリア基板15の4つの側面は、それぞれ段差部3
2a〜32dと接している。
【0016】次に、本発明の温度制御型半導体レーザ装
置の一実施例について、図1,2および3を参照して詳
細に説明する。装置パッケージ11に設けられた端子
(図には示していない)を介して、半導体レーザ17に
バイアス電流が印加されると、半導体レーザ17から光
が出射する。この出射光は、レンズ18により集光され
光ファイバ19に結合する。キャリア基板15に固定さ
れた半導体レーザ17は、ペルチエクーラ13により温
度制御される。ペルチエクーラ13は、ペルチエクーラ
・ストッパ14に接した状態ではんだ固定されているた
め、はんだクリープが抑制される。同様に、キャリア基
板15もキャリア基板・ストッパ16に接した状態で固
定されているため、はんだクリープが抑制される。した
がって、光軸ずれが抑制されるため、半導体レーザ装置
の高い信頼性が得られる。また、低温側基板13aおよ
び高温側基板13bの間には、何ら熱的干渉を生じさせ
る要因はないため、装置の冷却特性を劣化させることは
ない。
【0017】なお、本実施例では、キャリア基板15に
FeNiCo合金が用いられているが、レンズ18との
YAGレーザ溶接に適するものであれば、他の金属を使
用してもよい。例えば、SUS304等の合金の使用が
可能である。底板12と高温側基板13b、および低温
側基板13aとキャリア基板15の固定には、それぞ
れ、InPbAgおよびBiSnが用いられているが、
InSn等の他の低温はんだを用いてもよい。
【0018】次に、本発明の第2の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。
【0019】図4は、本発明の第2の実施例による温度
制御型半導体レーザ装置を構成する装置パッケージの上
蓋部を除いた状態の平面図である。本実施の形態では、
ペルチエクーラ・ストッパ41は、1つの段差部42を
有する。図1における高温側基板13bの1つの側面
が、段差部42と接する。
【0020】通常、半導体レーザ装置は、光ファイバ通
信装置等において装置の上下面が垂直になるように設置
される場合が多い。この場合、はんだに生じる応力の方
向は、鉛直下方が支配的となるため、ペルチエクーラ・
ストッパにおいて主に、この方向の位置変動を抑制する
部分が有効的に機能する。本実施の形態による半導体レ
ーザ装置は、第1の実施の形態における4つの段差部2
2a〜22dのうち、実使用時に下方にくるもの以外を
省いた構造になっている。段差部42は、図4に示した
位置に限らず、装置の実装状態に合わせて、図2におけ
る段差部22a〜22dのうちの任意の1つの位置に設
けることができる。
【0021】本発明の第1の実施例による半導体レーザ
装置では、高温側基板13bの4つの側面がペルチエク
ーラ・ストッパ14に接するようにするため、各部品に
高い加工精度が要求される。一方、本実施の形態では、
高温側基板13bの1つの側面のみがペルチエクーラ・
ストッパ14に接するため、各部品に高い加工精度は要
求されない。このため、装置のコストが安くなるという
利点がある。
【0022】次に本発明の第3の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。
【0023】図5は、本発明の第3の実施例による温度
制御型半導体レーザ装置を構成する装置パッケージの上
蓋部を除いた状態の平面図である。本実施の形態では、
ペルチエクーラ・ストッパ51は、直交する2つの段差
部52aおよび52bを有する。図1におけるキャリア
基板15の直交する2つの側面が、それぞれ段差部52
aおよび52bと接する。したがって、直交する2つの
方向のモジュールの実装形態に適用できる。段差部52
aおよび52bは、図5に示した位置に限らず、装置の
実装形態に合わせて、図2における段差部22a〜22
dのうちの直交する任意の2つの位置に設けることがで
きる。
【0024】次に本発明の第4の実施例の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0025】図6は、本発明の第4の実施例による温度
制御型半導体レーザ装置を構成する装置パッケージの上
蓋部を除いた状態の平面図である。本実施の形態では、
ペルチエクーラ・ストッパ61は、平行する2つの段差
部62aおよび62bを有する。図1におけるキャリア
基板15の直交する2つの側面が、それぞれ段差部62
aおよび62bと接する。したがって、平行する2つの
方向の装置の実装形態に適用できる。段差部62aおよ
び62bは、図6に示した位置に限らず、装置の実装形
態に合わせて、図2における段差部22a〜22dのう
ちの任意の平行する2つの位置に設けることができる。
【0026】次に本発明の第5の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。
【0027】図7は、本発明の第5の実施例による温度
制御型半導体レーザ装置を構成する装置パッケージの上
蓋部を除いた状態の平面図である。本実施の形態では、
ペルチエクーラ・ストッパ71は、3つの段差部72
a,72bおよび72cを有する。図1におけるキャリ
ア基板15の3つの側面が、それぞれ段差部72a〜7
2cと接する。したがって、3つの方向のモジュールの
実装形態に適用できる。段差部72a〜72cは、図7
に示した位置に限らず、装置の実装形態に合わせて、図
2における段差部22a〜22dのうちの任意の3つの
位置に設けることができる。
【0028】次に、本発明の第6の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0029】図8は、本発明の第6実施例による温度制
御型半導体レーザ装置を構成するペルチエクーラの平面
図である。本実施形態では、キャリア基板・ストッパ8
1は、1つの段差部82を有する。本発明の第2の実施
例と同様の理由で、実使用時に下方にくるもの以外の段
差部を省いた構造になっている。図1におけるキャリア
基板15の1つの側面が、段差部82と接する。段差部
82は、図8に示した部分に限らず、モジュールの実装
状態に合わせて、図3における段差部32a〜32dの
うちの任意の1つの位置に設けることができる。本実施
の形態では、本発明の第2の実施例と同様に、キャリア
基板15の1つの側面のみがキャリア基板・ストッパ8
1に接するため、各部品に高い加工精度は要求されず、
装置のコストが安くなるという利点がある。
【0030】次に、本発明の第7の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。
【0031】図9は、本発明の第7の実施例による温度
制御型半導体レーザ装置を構成するペルチエクーラの平
面図である。本実施例では、キャリア基板・ストッパ9
1は、直交する2つの段差部92aおよび92bを有す
る。図1におけるキャリア基板15の直交する2つの側
面が、段差部92aおよび92bと接する。したがっ
て、直交する2つの方向の装置の実装形態に適用でき
る。段差部92aおよび92bは、図9に示した位置に
限らず、装置の実装形態に合わせて、図3における段差
部32a〜32dのうちの任意の直交する2つの位置に
設けることができる。
【0032】次に、本発明の第8の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。
【0033】図10は、本発明の第8の実施例による温
度制御型半導体レーザ装置を構成するペルチエクーラの
平面図である。本実施例では、キャリア基板・ストッパ
101は、平行する2つの段差部102aおよび102
bを有する。図1におけるキャリア基板15の平行する
2つの側面が、段差部102aおよび102bと接す
る。したがって、平行する2つの方向のモジュールの実
装形態に適用できる。段差部102aおよび102b
は、図10に示した位置に限らず、装置の実装形態に合
わせて、図3における段差部32a〜32dのうちの任
意の平行する2つの位置に設けることができる。
【0034】次に、本発明の第9の実施例について図面
を参照して詳細に説明する。
【0035】図11は、本発明の第9の実施例による温
度制御型半導体レーザ装置を構成するペルチエクーラの
平面図である。本実施例では、キャリア基板・ストッパ
111は、3つの段差部112a,112bおよび10
2cを有する。図1におけるキャリア基板15の3つの
側面が、段差部112a〜102cと接する。したがっ
て、3つの方向の装置の実装形態に適用できる。段差部
112a〜112cは、図11に示した位置に限らず、
装置の実装形態に合わせて、図3における段差部32a
〜32dのうちの任意の3つの位置に設けることができ
る。
【0036】
【発明の効果】ペルチエクーラおよびキャリア基板の固
定に用いるはんだのクリープの発生が抑制される。これ
により、光学系の軸ずれが抑制されるため、温度制御型
半導体レーザ装置において、高い信頼性が得られる。
【0037】また、ペルチエクーラの低温側基板および
高温側基板の間に熱的干渉はないため、冷却能力の劣化
は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置の構造図である。
【図2】図1に示した装置パッケージ11の上蓋部を除
いた状態の平面図である。
【図3】図1に示したペルチエクーラ13の平面図であ
る。
【図4】本発明の第2の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置を構成する装置パッケージの上蓋部を除いた
状態の平面図である。
【図5】本発明の第3の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置を構成する装置パッケージの上蓋部を除いた
状態の平面図である。
【図6】本発明の第4の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置を構成する装置パッケージの上蓋部を除いた
状態の平面図である。
【図7】本発明の第5の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置を構成する装置パッケージの上蓋部を除いた
状態の平面図である。
【図8】本発明の第6の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置を構成するペルチエクーラの平面図である。
【図9】本発明の第7の実施例による温度制御型半導体
レーザ装置を構成するペルチエクーラの平面図である。
【図10】本発明の第8の実施例による温度制御型半導
体レーザ装置を構成するペルチエクーラの平面図であ
る。
【図11】本発明の第9の実施例による温度制御型半導
体レーザ装置を構成するペルチエクーラの平面図であ
る。
【図12】一般的なペルチエクーラを内蔵した温度制御
型半導体レーザ装置の構造図である。
【図13】従来のペルチエクーラを内蔵した温度制御型
半導体レーザ装置の構造図である。
【図14】従来のペルチエクーラを内蔵した温度制御型
半導体レーザ装置の構造図である。
【符号の説明】
11,121,131 装置パッケージ 12 底板 13,122,132 ペルチエクーラ 13a,122a 低温側基板 13b,122b 高温側基板 13c,122c ペルチエ素子 14,41,51,61,71 ペルチエクーラ・ス
トッパ 15,123,134 キャリア基板 16,81,91,101,111 キャリア基板・
ストッパ 17,124,133 半導体レーザ 18,125 レンズ 19,126,135 光ファイバ 21 ペルチエクーラ実装部 22a,22b,22c,22d,32a,32b,3
2c,32d,42,52a,52b,62a,62
b,72a,72b,72c,82,92a,92b,
102a,102b,112a,112b,112c
段差部 31 キャリア基板実装部 136 位置規定体

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザと、該半導体レーザをその
    上面に搭載するキャリア基板と、該キャリア基板をはん
    だ実装によりその上側基板上に固定した前記半導体レー
    ザの温度を制御するためのペルチエクーラと、該ペルチ
    エクーラの下側基板をはんだ実装によりその底板上面上
    に固定したモジュールパッケージと、前記半導体レーザ
    からの出射光を前記モジュールパッケージの外部に導出
    するための手段を具備する温度制御型半導体レーザ装置
    において、前記ペルチエクーラの上側基板上に前記キャ
    リア基板の位置変動を抑制するための段差部を有し、前
    記モジュールパッケージの底板上面上に前記ペルチエク
    ーラの位置変動を抑制するための段差部を有することを
    特徴とする温度制御型半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 前記ペルチエクーラの上側基板上に設け
    られた段差部が、前記キャリア基板の1つの側面と接す
    る構成であることを特徴とする請求項1記載の温度制御
    型半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 前記ペルチエクーラの上側基板上に設け
    られた段差部が、前記キャリア基板の直交する2つの側
    面と接する構成であることを特徴とする請求項1記載の
    温度制御型半導体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 前記ペルチエクーラの上側基板上に設け
    られた段差部が、前記キャリア基板の平行する2つの側
    面と接する構成であることを特徴とする請求項1記載の
    温度制御型半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】 前記ペルチエクーラの上側基板上に設け
    られた段差部が、前記キャリア基板の3つの側面と接す
    る構成であることを特徴とする請求項1記載の温度制御
    型半導体レーザ装置。
  6. 【請求項6】 前記ペルチエクーラの上側基板上に設け
    られた段差部が、前記キャリア基板の4つの側面と接す
    る構成であることを特徴とする請求項1記載の温度制御
    型半導体レーザ装置。
  7. 【請求項7】 前記モジュールパッケージの底板上面上
    に設けられた段差部が、前記ペルチエクーラの下側基板
    の1つの側面と接する構成であることを特徴とする請求
    項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  8. 【請求項8】 前記モジュールパッケージの底板上面上
    に設けられた段差部が、前記ペルチエクーラの下側基板
    の直交する2つの側面と接する構成であることを特徴と
    する請求項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  9. 【請求項9】 前記モジュールパッケージの底板上面上
    に設けられた段差部が、前記ペルチエクーラの下側基板
    の平行する2つの側面と接する構成であることを特徴と
    する請求項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  10. 【請求項10】 前記モジュールパッケージの底板上面
    上に設けられた段差部が、前記ペルチエクーラの下側基
    板の3つの側面と接する構成であることを特徴とする請
    求項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  11. 【請求項11】 前記モジュールパッケージの底板上面
    上に設けられた段差部が、前記ペルチエクーラの下側基
    板の4つの側面と接する構成であることを特徴とする請
    求項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  12. 【請求項12】 前記半導体レーザからの出射光を前記
    モジュールパッケージの外部に導出するための手段が、
    レンズおよび光ファイバから構成されていることを特徴
    とする請求項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  13. 【請求項13】 前記モジュールパッケージが、FeN
    iCo合金およびCuWから構成されていることを特徴
    とする請求項1記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  14. 【請求項14】 前記キャリア基板が、FeNiCo合
    金から構成されていることを特徴とする請求項1記載の
    温度制御型半導体レーザ装置。
  15. 【請求項15】 前記キャリア基板が、SUS304か
    ら構成されていることを特徴とする請求項1記載の温度
    制御型半導体レーザ装置。
  16. 【請求項16】 前記キャリア基板と前記ペルチエクー
    ラの上側基板、および前記ペルチエクーラの下側基板と
    前記モジュールパッケージの底板のはんだ実装に用いる
    材料が、BiSnであることを特徴とする請求項1記載
    の温度制御型半導体レーザ装置。
  17. 【請求項17】 前記キャリア基板と前記ペルチエクー
    ラの上側基板、および前記ペルチエクーラの下側基板と
    前記モジュールパッケージの底板のはんだ実装に用いる
    材料が、InPbAgであることを特徴とする請求項1
    記載の温度制御型半導体レーザ装置。
  18. 【請求項18】 前記キャリア基板と前記ペルチエクー
    ラの上側基板、および前記ペルチエクーラの下側基板と
    前記モジュールパッケージの底板のはんだ実装に用いる
    材料が、InSnであることを特徴とする請求項1記載
    の温度制御型半導体レーザ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0860914A2 (en) * 1997-02-13 1998-08-26 Nec Corporation Semiconductor laser module
CN102339774A (zh) * 2010-07-14 2012-02-01 东京毅力科创株式会社 基板清洗装置、涂覆显影装置以及基板清洗方法

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