JPS6158280A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPS6158280A JPS6158280A JP59182081A JP18208184A JPS6158280A JP S6158280 A JPS6158280 A JP S6158280A JP 59182081 A JP59182081 A JP 59182081A JP 18208184 A JP18208184 A JP 18208184A JP S6158280 A JPS6158280 A JP S6158280A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/11—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
- H01L31/1105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors the device being a bipolar phototransistor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は半導体装置を用いて波長検知を行なう光半導体
装置に関するものである。
装置に関するものである。
〈従来技術〉
従来、半導体装置を用いた光検知を行なう光半導体装置
として本発明者等によって次のような装置が開発されて
いる。即ち半導体基板の厚さ方向における光吸収の度合
が照射光の波長に依存する性質を利用し、半導体基板内
部に深さを相違させて少なくとも2個のPN接合部を形
成し、各PN接合部での光電流出力を照射光の波長と対
応させるものである。第2図は本発明者等によって開発
された光半導体装置1の断面図で、例えばP型シリコン
基板2にN型導電性を示すエピタキシャル層3が設けら
れ、更に該N型エピタキシャル層3中に比較的浅くP+
拡散が施こされてP型頭域4が設けられ、P型基板2と
N型エピタキシャル層3との間で深く位置する第1のP
N接合5が形成され、N型エピタキシャル層3とP+領
域4との間で浅く位置する第2のPN接合6が形成され
ている。従来のホトトランジスタにおいては、上記第2
のPN接合に相当するベース・エミッタ間のPN接合は
直ちに光電変換に寄与する処がないため半導体領域の極
めて限られた領域に設けられていたが、上記開発された
光半導体装置lにおいては第2のPN接合6からも光電
流か取り出されるため、N型エピタキシャル領域3内の
比較的広い範囲に第2のPN接合6が生じるように拡散
領域のパターンが設計されている。
として本発明者等によって次のような装置が開発されて
いる。即ち半導体基板の厚さ方向における光吸収の度合
が照射光の波長に依存する性質を利用し、半導体基板内
部に深さを相違させて少なくとも2個のPN接合部を形
成し、各PN接合部での光電流出力を照射光の波長と対
応させるものである。第2図は本発明者等によって開発
された光半導体装置1の断面図で、例えばP型シリコン
基板2にN型導電性を示すエピタキシャル層3が設けら
れ、更に該N型エピタキシャル層3中に比較的浅くP+
拡散が施こされてP型頭域4が設けられ、P型基板2と
N型エピタキシャル層3との間で深く位置する第1のP
N接合5が形成され、N型エピタキシャル層3とP+領
域4との間で浅く位置する第2のPN接合6が形成され
ている。従来のホトトランジスタにおいては、上記第2
のPN接合に相当するベース・エミッタ間のPN接合は
直ちに光電変換に寄与する処がないため半導体領域の極
めて限られた領域に設けられていたが、上記開発された
光半導体装置lにおいては第2のPN接合6からも光電
流か取り出されるため、N型エピタキシャル領域3内の
比較的広い範囲に第2のPN接合6が生じるように拡散
領域のパターンが設計されている。
7はN型エピタキシャル層3を貫通して設けられたP+
アイソレーション領域である。上記P型基板2、N型エ
ピタキシャル領域3及びP+領域4には夫々オーミック
コンタクトがとられた電極8.9.10が設けられ、少
なくともP+領域4を被う半導体層上に反射防止膜等の
透光性絶縁膜11(例えばS i02膜)が被着されて
いる。
アイソレーション領域である。上記P型基板2、N型エ
ピタキシャル領域3及びP+領域4には夫々オーミック
コンタクトがとられた電極8.9.10が設けられ、少
なくともP+領域4を被う半導体層上に反射防止膜等の
透光性絶縁膜11(例えばS i02膜)が被着されて
いる。
第3図は上記光半導体装置lの等価回路図で、P型基板
2とN型エピタキシャル領域3で第1のホトダイオード
PD、が形成され、N型エピタキシャル領域3とP+領
域4とで第2のホトダイオードPD2が形成される。
2とN型エピタキシャル領域3で第1のホトダイオード
PD、が形成され、N型エピタキシャル領域3とP+領
域4とで第2のホトダイオードPD2が形成される。
第4図は上記構造の光半導体装置lにおける分光感度特
性を示す図で、曲線Aは深いPN接合をもつ第1のホト
ダイす−ドPD、か、ら、曲線Bは浅いPN接合をもつ
第2のホトダイオードPD2から得られた照射光の波長
(λmμ)と感度との関係を夫々示し、第1のホトダイ
オードPD、では長波長成分が吸収され、第2のホトダ
イオードPD2では短波長成分が吸収されている。
性を示す図で、曲線Aは深いPN接合をもつ第1のホト
ダイす−ドPD、か、ら、曲線Bは浅いPN接合をもつ
第2のホトダイオードPD2から得られた照射光の波長
(λmμ)と感度との関係を夫々示し、第1のホトダイ
オードPD、では長波長成分が吸収され、第2のホトダ
イオードPD2では短波長成分が吸収されている。
第5図は上記光半導体装置lを用いてなる波長検知回路
で、第1ホトダイオードFD、及び第2ホトダイオード
PD2の光出力電流IPDI 、 IPD2が夫々導
出されて入力インピーダンスの高い演算増幅回路apl
及びop2に入力される。該演算増幅回路OPl及びO
F2にはいずれもフィードバック路に対数圧縮特性を備
えた対数圧縮ダイオードDI+D2が接続され、入力さ
れたホトダイオードPDI。
で、第1ホトダイオードFD、及び第2ホトダイオード
PD2の光出力電流IPDI 、 IPD2が夫々導
出されて入力インピーダンスの高い演算増幅回路apl
及びop2に入力される。該演算増幅回路OPl及びO
F2にはいずれもフィードバック路に対数圧縮特性を備
えた対数圧縮ダイオードDI+D2が接続され、入力さ
れたホトダイオードPDI。
FD2の光出力電流が対数圧縮されて出力される。
両演算増幅回路OP、 、 op、、から導出された出
力信号VOPI 、 VOP2は続いて夫々抵抗R1或
いは抵抗R2を介してオペアンプOF、のe端子或いは
e端子に入力される。ここでオペアンプOPaに接続さ
れた抵抗R+ +R2、R3+R4を各抵抗値が予めR
1”R21R3=R4の関係になるように設計すること
により、オペアンプ出力として上記VOPIとV OF
2を減算した値に比例するV OUTが得られる。
力信号VOPI 、 VOP2は続いて夫々抵抗R1或
いは抵抗R2を介してオペアンプOF、のe端子或いは
e端子に入力される。ここでオペアンプOPaに接続さ
れた抵抗R+ +R2、R3+R4を各抵抗値が予めR
1”R21R3=R4の関係になるように設計すること
により、オペアンプ出力として上記VOPIとV OF
2を減算した値に比例するV OUTが得られる。
即ち出力V OUTは両ホトダイオードPD、、PD2
の光出力電流IPDI + IPD2の比を対数圧縮
した値log IPD2/IPDIに比例した値として
得られる。
の光出力電流IPDI + IPD2の比を対数圧縮
した値log IPD2/IPDIに比例した値として
得られる。
第6図の実線データは上記波長検知回路出力■。旧と照
射光の波長(λmμ)との関係を示す図で、はぼ直線関
係が得られ、照射光の波長に応じた値の出力信号を得る
ことができることがわかる。
射光の波長(λmμ)との関係を示す図で、はぼ直線関
係が得られ、照射光の波長に応じた値の出力信号を得る
ことができることがわかる。
従って光半導体装置の分光感度特性が予め決定されれば
、光出力と波亘の関係は一義的に決定され。
、光出力と波亘の関係は一義的に決定され。
波長が不明な光が光半導体装置に照射された場合に、波
長検知回路の出力によって波長を測定することができる
。
長検知回路の出力によって波長を測定することができる
。
しかし、上記実線のデータは照射光が光半導体装置lの
中央部に入射した時のデータであって、照射光が光半導
体装置1の周辺部や側面部に入射した場合、特性は上記
実線のデータからずれ、破線で示すようになる。つまり
照射光の入射する位置により光電流比が異なるのである
。
中央部に入射した時のデータであって、照射光が光半導
体装置1の周辺部や側面部に入射した場合、特性は上記
実線のデータからずれ、破線で示すようになる。つまり
照射光の入射する位置により光電流比が異なるのである
。
さて、光半導体装置Iをハーメチックシールでシールし
表面にレンズ付キャップを設けた場合。
表面にレンズ付キャップを設けた場合。
照射光は光半導体装置lの中央部分に集まるので比較的
問題が少ない。しかし光半導体装置1を樹脂モールドし
た場合は照射光は中央部のみならず周辺部或いは側面部
からも入射する度合が大きくなり、この様な場合は照射
光の入射位置によって光電流比が異なる為信頼性の高い
波長検出が難しくなる。
問題が少ない。しかし光半導体装置1を樹脂モールドし
た場合は照射光は中央部のみならず周辺部或いは側面部
からも入射する度合が大きくなり、この様な場合は照射
光の入射位置によって光電流比が異なる為信頼性の高い
波長検出が難しくなる。
く目的〉
本発明は以上の従来点に鑑みなされたものであり照射光
が中央部のみならず周辺部或いは側面部から入射しても
信頼性の高い波長検出を行なうことのできる光半導体装
置を提供することをその目的とする。
が中央部のみならず周辺部或いは側面部から入射しても
信頼性の高い波長検出を行なうことのできる光半導体装
置を提供することをその目的とする。
〈実施例〉
以下本発明に係る光半導体装置の一実施例について図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
第1図は本発明に係る光半導体装置の一実施例の側断面
図である。光半導体装置lの基板としてP型シリコン基
板2が用いられ、該P型シリコン基板2にN型導電性を
示すエピタキシャル層3が設けられ、更に該N型エピタ
キシャル層3中に比較的浅くP+拡散が施こされてP型
領域4が設けられる。この構造によればP型基板2とN
型エピタキシャル層3との間で深く位置する第1のPN
接合5が形成され、N型エピタキシャル層3と飲領域4
との間で浅く位置する第2のPN接合6が形成されてい
る。7はN型エピタキシャル層3を貫通して設けられた
P+アイソレーション領域でである。上記P型基板2、
N型エピタキシャル領域3及びP+領域4には夫々オー
ミックコンタクトがとられた電極8,9.10が設けら
れ、少な(ともP+領域4を被う半導体層上に反射防止
膜等の透光性絶縁膜11(例えば5i02膜)が被着さ
れている。更に上記電極9は上記透光性絶縁膜ll上に
おいてP型領域4の周辺部、P型領域4の周辺のN型エ
ピタキシャル領域3部、P+アイソレーション領域7を
被うように延出して被着される。又P+アイソレーショ
ン領域7は従来の構造に比へて大きくしている。以下P
+アイソレーション領域7の構成について説明する。
図である。光半導体装置lの基板としてP型シリコン基
板2が用いられ、該P型シリコン基板2にN型導電性を
示すエピタキシャル層3が設けられ、更に該N型エピタ
キシャル層3中に比較的浅くP+拡散が施こされてP型
領域4が設けられる。この構造によればP型基板2とN
型エピタキシャル層3との間で深く位置する第1のPN
接合5が形成され、N型エピタキシャル層3と飲領域4
との間で浅く位置する第2のPN接合6が形成されてい
る。7はN型エピタキシャル層3を貫通して設けられた
P+アイソレーション領域でである。上記P型基板2、
N型エピタキシャル領域3及びP+領域4には夫々オー
ミックコンタクトがとられた電極8,9.10が設けら
れ、少な(ともP+領域4を被う半導体層上に反射防止
膜等の透光性絶縁膜11(例えば5i02膜)が被着さ
れている。更に上記電極9は上記透光性絶縁膜ll上に
おいてP型領域4の周辺部、P型領域4の周辺のN型エ
ピタキシャル領域3部、P+アイソレーション領域7を
被うように延出して被着される。又P+アイソレーショ
ン領域7は従来の構造に比へて大きくしている。以下P
+アイソレーション領域7の構成について説明する。
基板を構成するシリコンの光の吸収係数は光の波長が長
波長である程小さい。従って長波長の光はシリコン中に
深く侵入することができる。ここで異なる波長λの光が
シリコン中で吸収され−にまで減衰する距離Xは次の様
になる。
波長である程小さい。従って長波長の光はシリコン中に
深く侵入することができる。ここで異なる波長λの光が
シリコン中で吸収され−にまで減衰する距離Xは次の様
になる。
一方入射した光の吸収によって発生した少数キャリアが
PN接合まで再結合せずに移動した時にそのキャリアが
光電流となるが、その移動距離は少数キャリアの拡散長
しに比例する(空乏層幅は一般に無視できる。)。そし
てP型半導体中における拡散長りは半導体の比抵抗をρ
とした時代の様になる。
PN接合まで再結合せずに移動した時にそのキャリアが
光電流となるが、その移動距離は少数キャリアの拡散長
しに比例する(空乏層幅は一般に無視できる。)。そし
てP型半導体中における拡散長りは半導体の比抵抗をρ
とした時代の様になる。
上記した入射光の吸収深さと入射光の吸収によって発生
した少数キャリアの拡散長を考慮して第1図のdlとd
2の値を決定すればよいが、一般+ にP アイソレーション領域7における不純物濃度はP
全領域2の不純物濃度より格段に高くその為拡散長は極
めて短い。更にP+アイソレーション領域7の厚みは略
N型エピタキシャル層3の底面近く迄存在する為、光半
導体装置1の周辺部や側面部に入射した光の検出出力に
対する影響の度合は第1図のdlの値によってほとんど
決まる。
した少数キャリアの拡散長を考慮して第1図のdlとd
2の値を決定すればよいが、一般+ にP アイソレーション領域7における不純物濃度はP
全領域2の不純物濃度より格段に高くその為拡散長は極
めて短い。更にP+アイソレーション領域7の厚みは略
N型エピタキシャル層3の底面近く迄存在する為、光半
導体装置1の周辺部や側面部に入射した光の検出出力に
対する影響の度合は第1図のdlの値によってほとんど
決まる。
尚、上記diの値はアセンブリー後(つまりウェハー状
態ではなく分割後のチップ状態)での値である。−例と
して波長λ=900 nm程度の光を処理し、又P型基
板の比抵抗ρ=1Ω・■とすると式fil 、 [2)
よりd、=29+85=114((9)程度にすれば十
分である。但し処理する入射光の波長が変われば上述し
た如く光の吸収深さが大きく変わる為処理する入射光に
応じて上記d1の値を調整する必要がある。
態ではなく分割後のチップ状態)での値である。−例と
して波長λ=900 nm程度の光を処理し、又P型基
板の比抵抗ρ=1Ω・■とすると式fil 、 [2)
よりd、=29+85=114((9)程度にすれば十
分である。但し処理する入射光の波長が変われば上述し
た如く光の吸収深さが大きく変わる為処理する入射光に
応じて上記d1の値を調整する必要がある。
次に第7図にチップ周辺部或いは側面部からの入射光の
影響を効率良く低減する改良構造の実施例の側断面図を
示す。同図において、P型領域4の周辺に第3のホトダ
イオード12が形成される。
影響を効率良く低減する改良構造の実施例の側断面図を
示す。同図において、P型領域4の周辺に第3のホトダ
イオード12が形成される。
該第3のホトダイオード12は短絡状態に保たれる。即
ちチップ周辺部においてN型エピタキシャル層13とP
+アイソレーション領域7及びP全領域2よりなる第3
のホトダイオード12が形成され、更にP+拡散による
P型領域14及びN+拡散によるN型領域15が形成さ
れアルミニウム電極16によって両者が短絡(短絡部は
一箇所でよい)されている。尚、上記P型領域14及び
N型領域15はP型領域4及びN型領域17と同時に形
成すれば効率的である。上記第3のホトダイオード12
の有効受光領域は第7図の1点鎖線(4)。
ちチップ周辺部においてN型エピタキシャル層13とP
+アイソレーション領域7及びP全領域2よりなる第3
のホトダイオード12が形成され、更にP+拡散による
P型領域14及びN+拡散によるN型領域15が形成さ
れアルミニウム電極16によって両者が短絡(短絡部は
一箇所でよい)されている。尚、上記P型領域14及び
N型領域15はP型領域4及びN型領域17と同時に形
成すれば効率的である。上記第3のホトダイオード12
の有効受光領域は第7図の1点鎖線(4)。
(6)の外側である。即ち第2のPN接合6によるホト
ダイオードと上記第3のホトダイオード12との有効受
光領域の境界線が上記1点鎖線囚、ノ)である。以上の
第7図の構造によれば光半導体装置1の周辺部や側面部
に入射した光によって発生した少数キャリアは第3のホ
トダイオード12によって多く吸収される。この構造の
場合第1図の構造の如く少数キャリアの拡散長を考慮す
る必要か無く、よってd、の値を小さくできるので装置
全体の大きさを小型化できるという利点を有する。
ダイオードと上記第3のホトダイオード12との有効受
光領域の境界線が上記1点鎖線囚、ノ)である。以上の
第7図の構造によれば光半導体装置1の周辺部や側面部
に入射した光によって発生した少数キャリアは第3のホ
トダイオード12によって多く吸収される。この構造の
場合第1図の構造の如く少数キャリアの拡散長を考慮す
る必要か無く、よってd、の値を小さくできるので装置
全体の大きさを小型化できるという利点を有する。
次に第8図に第7図を更に改良した構造の実施例の側断
面図を示す。同図において、18はリンガラス、ポリイ
ミド系樹脂等からなる層間絶縁物であり、該層間絶縁物
を介してアルミニウム膜19を被覆し、該アルミニウム
膜19によって電極9゜16の隙間部分を遮光している
。上記アルミニウム膜19を設けることにより電極配線
の自由度を増加せしめることができる。
面図を示す。同図において、18はリンガラス、ポリイ
ミド系樹脂等からなる層間絶縁物であり、該層間絶縁物
を介してアルミニウム膜19を被覆し、該アルミニウム
膜19によって電極9゜16の隙間部分を遮光している
。上記アルミニウム膜19を設けることにより電極配線
の自由度を増加せしめることができる。
く効果〉
以上の本発明によれば光半導体装置の周辺部或いは側面
部から入射した光の悪影響を防止できる。
部から入射した光の悪影響を防止できる。
第1図は本発明に係る光半導体装置の一実施例の側断面
図、第2図は従来の光半導体装置の側断面図、第3図は
等価回路図、第4図は分光感度特性のグラフ図、第5図
は波長検知回路の回路図、第6図は波長検知回路出力と
照射光の波長の関係を示すグラフ図、第7図及び第8図
は本発明に係る光半導体装置の他の実施例の側断面図を
示す。 図中、1:光半導体装置 2:基板3:N型エピタ
キシャル層 4:P型頭域 5二第1のPN接合6:第2の
PN接合 7:P+アイソレーション領域 8.9,10:電極 ll:透光性絶縁膜12:第3の
ホトダイオード 13:N型エピタキシャル層 14 : P型頭域 15:N型領域16:アル
ミニウム電極17:N型領域18:層間絶縁物
19ニアルミニウム膜代理人 弁理士 福 士 愛 彦
(他2名)第 1 図 7・2 図 償 長 1輪) 第4 図 第5 図 丙! (″) 第6 習 第8 図
図、第2図は従来の光半導体装置の側断面図、第3図は
等価回路図、第4図は分光感度特性のグラフ図、第5図
は波長検知回路の回路図、第6図は波長検知回路出力と
照射光の波長の関係を示すグラフ図、第7図及び第8図
は本発明に係る光半導体装置の他の実施例の側断面図を
示す。 図中、1:光半導体装置 2:基板3:N型エピタ
キシャル層 4:P型頭域 5二第1のPN接合6:第2の
PN接合 7:P+アイソレーション領域 8.9,10:電極 ll:透光性絶縁膜12:第3の
ホトダイオード 13:N型エピタキシャル層 14 : P型頭域 15:N型領域16:アル
ミニウム電極17:N型領域18:層間絶縁物
19ニアルミニウム膜代理人 弁理士 福 士 愛 彦
(他2名)第 1 図 7・2 図 償 長 1輪) 第4 図 第5 図 丙! (″) 第6 習 第8 図
Claims (1)
- 1.半導体基板の中央位置において厚さ方向に深さを相
違させて複数のPN接合が形成され、光が照射された状
態で各PN接合に生じた光電流を夫々導出する電極が設
けられた光半導体装置であって、 上記半導体基板の周辺部或いは側面部から入射した光の
吸収によって発生した少数キャリアが上記中央位置の複
数のPN接合に達することを防止する防止手段を具備し
たことを特徴とする光半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59182081A JPS6158280A (ja) | 1984-08-29 | 1984-08-29 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59182081A JPS6158280A (ja) | 1984-08-29 | 1984-08-29 | 光半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6158280A true JPS6158280A (ja) | 1986-03-25 |
JPH0329193B2 JPH0329193B2 (ja) | 1991-04-23 |
Family
ID=16112018
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59182081A Granted JPS6158280A (ja) | 1984-08-29 | 1984-08-29 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6158280A (ja) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51138185A (en) * | 1975-05-26 | 1976-11-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semi-conductor device |
JPS55150280A (en) * | 1979-05-11 | 1980-11-22 | Sharp Corp | Device for correcting light semiconductor device |
-
1984
- 1984-08-29 JP JP59182081A patent/JPS6158280A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51138185A (en) * | 1975-05-26 | 1976-11-29 | Oki Electric Ind Co Ltd | Semi-conductor device |
JPS55150280A (en) * | 1979-05-11 | 1980-11-22 | Sharp Corp | Device for correcting light semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0329193B2 (ja) | 1991-04-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |