JPH0233991A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH0233991A JPH0233991A JP63184163A JP18416388A JPH0233991A JP H0233991 A JPH0233991 A JP H0233991A JP 63184163 A JP63184163 A JP 63184163A JP 18416388 A JP18416388 A JP 18416388A JP H0233991 A JPH0233991 A JP H0233991A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/16—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S5/168—Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising current blocking layers
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
-
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3428—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers layer orientation perpendicular to the substrate
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高出力な半導体レーザに関する。
半導体レーザは活性層を禁制帯幅の大きいクラッド層で
挟んだ構造を含む多層構造から成り、多層構造の積層面
に垂直な一対の相対向する端面でレーザ共振器が構成さ
れている。最近は光情報機器や光通信機器の高性能化に
伴い、高出力な半導体レーザが必要とされている。発振
波長が900nm以下の短波長レーザや可視レーザでは
、最大光出力が光学損傷劣化で制限されている。光学損
傷劣化は、半導体レーザの共振器面近傍の活性層がレー
ザ光を一部吸収して局所的に温度が上昇して損傷するた
めに発生することが知られている。
挟んだ構造を含む多層構造から成り、多層構造の積層面
に垂直な一対の相対向する端面でレーザ共振器が構成さ
れている。最近は光情報機器や光通信機器の高性能化に
伴い、高出力な半導体レーザが必要とされている。発振
波長が900nm以下の短波長レーザや可視レーザでは
、最大光出力が光学損傷劣化で制限されている。光学損
傷劣化は、半導体レーザの共振器面近傍の活性層がレー
ザ光を一部吸収して局所的に温度が上昇して損傷するた
めに発生することが知られている。
光学損傷劣化を抑制する対策として、活性層光導波路W
I造を工夫してレーザ光の分布を拡大し共振器面近傍の
活性層に照射するレーザ光密度を低減する方法、共振器
面近傍の活性層の吸収係数を低減する方法などが知られ
ている。
I造を工夫してレーザ光の分布を拡大し共振器面近傍の
活性層に照射するレーザ光密度を低減する方法、共振器
面近傍の活性層の吸収係数を低減する方法などが知られ
ている。
たとえば活性層とクラッド層の間に導波路層を設けたラ
ージ・オプティカル・キャビティ構造はレーザ光分布を
積層面に垂直な方向に拡大し、レーザ光密度の低減に有
効である。活性層を共振器の長手方向にバンドギャップ
の広い半導体材料で埋め込んでそこに共振器面を形成し
た構造や、励起領域の活性層をp型に共振器面近傍を高
濃度のn型にしたウィンドウ構造は、共振器面近傍の活
性層の吸収係数を低減でき高出力化に効果的なことが報
告されている。また活性層に量子井戸構造を採用した高
出力レーザか電子通信学会光量IC研究会資料0QE8
5−79に報告されている。
ージ・オプティカル・キャビティ構造はレーザ光分布を
積層面に垂直な方向に拡大し、レーザ光密度の低減に有
効である。活性層を共振器の長手方向にバンドギャップ
の広い半導体材料で埋め込んでそこに共振器面を形成し
た構造や、励起領域の活性層をp型に共振器面近傍を高
濃度のn型にしたウィンドウ構造は、共振器面近傍の活
性層の吸収係数を低減でき高出力化に効果的なことが報
告されている。また活性層に量子井戸構造を採用した高
出力レーザか電子通信学会光量IC研究会資料0QE8
5−79に報告されている。
この構造を第3図に示す。この半導体レーザはストライ
ブ状の励起領域の周囲】9にZnを選択拡散して多重量
子井戸活性層14を無秩序化し、屈折率が低くバンドギ
ャップが広い均一な組成に変換した構造になっている。
ブ状の励起領域の周囲】9にZnを選択拡散して多重量
子井戸活性層14を無秩序化し、屈折率が低くバンドギ
ャップが広い均一な組成に変換した構造になっている。
共振器面近傍の活性層は、レーザ光に対して吸収係数が
低減されており、高出力が得られる。
低減されており、高出力が得られる。
従来の高出力化技術にはそれぞれ次のような限界1問題
点があった。活性層に照射するレーザ光密度を低減する
ラージ・オプティカル・キャビティ構造は、閾値電流値
の増大を伴う。動作電流値が高くなると電流発熱による
光出力飽和が生じ最大光出力は熱飽和で制限されること
になる。また共振器面近傍の活性層の吸収係数を低減す
る共振器面埋め込み型レーザやウィンドウ構造では、そ
れぞれ活性層と埋め込み層との界面の結晶性の良否や、
励起領域のp濃度と共振器面近傍のntA度の設定が高
出力化に影響するか、結晶性や不純物濃度の制御性が困
難なため均一な特性が得にくい問題があった。さらに多
重量子井戸活性層を共振器面領域で無秩序した構造のレ
ーザでは、無秩序化に用いた高濃度の不純物による自由
電子吸収が共振器面近傍で225〜450cm−’と高
く、充分な光出力化効果が得られていない問題があった
。
点があった。活性層に照射するレーザ光密度を低減する
ラージ・オプティカル・キャビティ構造は、閾値電流値
の増大を伴う。動作電流値が高くなると電流発熱による
光出力飽和が生じ最大光出力は熱飽和で制限されること
になる。また共振器面近傍の活性層の吸収係数を低減す
る共振器面埋め込み型レーザやウィンドウ構造では、そ
れぞれ活性層と埋め込み層との界面の結晶性の良否や、
励起領域のp濃度と共振器面近傍のntA度の設定が高
出力化に影響するか、結晶性や不純物濃度の制御性が困
難なため均一な特性が得にくい問題があった。さらに多
重量子井戸活性層を共振器面領域で無秩序した構造のレ
ーザでは、無秩序化に用いた高濃度の不純物による自由
電子吸収が共振器面近傍で225〜450cm−’と高
く、充分な光出力化効果が得られていない問題があった
。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決した高出力で
作製が容易な半導体レーザを提供することにある。
作製が容易な半導体レーザを提供することにある。
本発明の半導体レーザは、活性層が量子井戸層とバリア
層から成る量子井戸構造で構成され、両共振器面近傍の
活性層へのキャリア注入を阻止する電流狭窄構造を具備
し、さらに導電型が活性層の同じ側のクラッド層と異な
るとともにレーザ光に対して透明な半導体層によってこ
の電流狭窄構造が構成され、かつ両共振器面の間に連続
した光導波路!ri造を具備した構成になっている。
層から成る量子井戸構造で構成され、両共振器面近傍の
活性層へのキャリア注入を阻止する電流狭窄構造を具備
し、さらに導電型が活性層の同じ側のクラッド層と異な
るとともにレーザ光に対して透明な半導体層によってこ
の電流狭窄構造が構成され、かつ両共振器面の間に連続
した光導波路!ri造を具備した構成になっている。
本発明の半導体レーザは、活性層が量子井戸構造で構成
されその共振器面近傍の領域に非キャリア注入領域を設
けたことにより、その領域のレーザ光に対する吸収係数
を低減し光学損傷劣化が発生する光出力を高めたもので
ある。
されその共振器面近傍の領域に非キャリア注入領域を設
けたことにより、その領域のレーザ光に対する吸収係数
を低減し光学損傷劣化が発生する光出力を高めたもので
ある。
量子井戸構造の吸収スペクトル特性は、状態密度の量子
化効果によって非常に急峻な立ち上がりを示す。立ち上
がりのエネルギー幅として20〜30meVが報告され
ている。量子井戸構造を活性層に用いた半、導体レーザ
(量子井戸活性層レーザ)の発振波長は、通常のダブル
へテロ構造レーザと同様に、キャリア注入によるバンド
ギャップ縮小効果によって、吸収スペクトル特性から期
待される波長に比較して長波長側にシフトする。通常の
閾値キャリア注入は〜2 X 1018cm−3で、発
振波長のエネルギーシフトは40〜50meVである。
化効果によって非常に急峻な立ち上がりを示す。立ち上
がりのエネルギー幅として20〜30meVが報告され
ている。量子井戸構造を活性層に用いた半、導体レーザ
(量子井戸活性層レーザ)の発振波長は、通常のダブル
へテロ構造レーザと同様に、キャリア注入によるバンド
ギャップ縮小効果によって、吸収スペクトル特性から期
待される波長に比較して長波長側にシフトする。通常の
閾値キャリア注入は〜2 X 1018cm−3で、発
振波長のエネルギーシフトは40〜50meVである。
このため非キャリア注入領域のレーザ光に対する吸収係
数は〜100cm−’と非常に小さくなる。このことか
ら共振器面近傍に非キャリア注入領域を設けた本発明の
半導体レーザは光学損傷劣化が発生しに<<、高出力が
実現できる。
数は〜100cm−’と非常に小さくなる。このことか
ら共振器面近傍に非キャリア注入領域を設けた本発明の
半導体レーザは光学損傷劣化が発生しに<<、高出力が
実現できる。
この高出力化の効果は量子井戸活性層レーザにおいて顕
著である。通常のダブルへテロ構造レーザでは、活性層
の吸収スペクトル特性の立ち上がりが緩やかで、〜10
0meVと広いなめ、キャリア注入によるバンドギャッ
プ縮小効果によって長波長側にシフトしたレーザ光に対
する非キャリア注入領域の吸収係数は100cm−’と
高く。このため共振器面近傍に非キャリア注入領域を設
けた構造では高出力化の効果が無い。
著である。通常のダブルへテロ構造レーザでは、活性層
の吸収スペクトル特性の立ち上がりが緩やかで、〜10
0meVと広いなめ、キャリア注入によるバンドギャッ
プ縮小効果によって長波長側にシフトしたレーザ光に対
する非キャリア注入領域の吸収係数は100cm−’と
高く。このため共振器面近傍に非キャリア注入領域を設
けた構造では高出力化の効果が無い。
本発明の第1の実施例の半導体レーザの斜視図を第1図
(a)に示す。n型G a A s基板1上に、エピタ
キシャル成長したn型A 10.45G a 0.55
Asクラッド層2.AlGaAs量子井戸活性層3.p
型A l O,45G a 0.55A Sクラッド層
4゜p型A I 0.4.c a 0.55As埋め込
み層5.n型A] (3,45G a (3,55A
S埋め込み層7.n型GaAsブロック層6と、p側電
極8.n側電極9そして一対の共振器面10とで構成さ
れている。共振器の中央部A−A’での断面構造を第1
図(b)に、発振領域の共振器長手方向B−B’での断
面構造を第1図(c)に示す。n型GaAsブロック層
6はストライプ状に除去されており、共振器面近傍では
n型A I 0.45G a 0.55A s埋め込み
層7゜共振器中央部ではp型A l c)、 45G
a o、 55A S埋め込み層5で埋め込まれている
。ストライプ領域直下の活性層が発振領域となる。注入
キャリアは、n型A I 0.45G a 0.95A
S埋め込み層7で共振器の長手方向に狭窄される結果
、共振器面近傍の活性層へのキャリア注入は励起領域に
比較して著しく低くなる。この領域の活性層は上述した
効果によってレーザ光に対してほぼ透明になるため、光
学損傷劣化が発生しに<<、高出力が得られる。
(a)に示す。n型G a A s基板1上に、エピタ
キシャル成長したn型A 10.45G a 0.55
Asクラッド層2.AlGaAs量子井戸活性層3.p
型A l O,45G a 0.55A Sクラッド層
4゜p型A I 0.4.c a 0.55As埋め込
み層5.n型A] (3,45G a (3,55A
S埋め込み層7.n型GaAsブロック層6と、p側電
極8.n側電極9そして一対の共振器面10とで構成さ
れている。共振器の中央部A−A’での断面構造を第1
図(b)に、発振領域の共振器長手方向B−B’での断
面構造を第1図(c)に示す。n型GaAsブロック層
6はストライプ状に除去されており、共振器面近傍では
n型A I 0.45G a 0.55A s埋め込み
層7゜共振器中央部ではp型A l c)、 45G
a o、 55A S埋め込み層5で埋め込まれている
。ストライプ領域直下の活性層が発振領域となる。注入
キャリアは、n型A I 0.45G a 0.95A
S埋め込み層7で共振器の長手方向に狭窄される結果
、共振器面近傍の活性層へのキャリア注入は励起領域に
比較して著しく低くなる。この領域の活性層は上述した
効果によってレーザ光に対してほぼ透明になるため、光
学損傷劣化が発生しに<<、高出力が得られる。
n型GaAsブロック層6は、注入キャリアの狭窄に加
えて、発振光に対して弱い吸収領域として作用する。こ
れにより実効的な屈折率がストライプ内で高く外で低い
光導波路が形成され安定な基本横モード発振が得られる
。この光導波路構造は共振器面近傍の非キャリア注入領
域まで連続して設けられており、横モード制御が行われ
るから、横モード分布が拡大して閾値電流値が増大する
ことを防止できる。
えて、発振光に対して弱い吸収領域として作用する。こ
れにより実効的な屈折率がストライプ内で高く外で低い
光導波路が形成され安定な基本横モード発振が得られる
。この光導波路構造は共振器面近傍の非キャリア注入領
域まで連続して設けられており、横モード制御が行われ
るから、横モード分布が拡大して閾値電流値が増大する
ことを防止できる。
本発明の第2の実施例の半導体レーザの斜視図を第2図
(a)に、共振器の中央部A−A’での断面構造を第2
図(b)に、発振領域の共振器長手方向B−B’での断
面構造を第2図(C)に示す。n型GaAs基板1上に
n型A 10.45G a O55A SクラッドJW
J 2 、 A I 0.45G ao55Asi子井
戸活性層3.p型A 16.45 G a 6.55A
sクラッド層4を順次エピタキシャル成長した後、p型
A l 6.45G a (1,55A Sクラッド層
4を活性層近くまで選択的に除去してストライプ状に残
し、その周囲を、横方向にはn型G a A sプロ1
ク層6.共振器の長手方向にはn型AI0.45Gao
、55As埋め込み層7を埋め込んで作製する。電流狭
窄構造、光導波構造は本発明の第1の実施例と同様であ
り、閾値電流値が低く高出力な特性が得られる。
(a)に、共振器の中央部A−A’での断面構造を第2
図(b)に、発振領域の共振器長手方向B−B’での断
面構造を第2図(C)に示す。n型GaAs基板1上に
n型A 10.45G a O55A SクラッドJW
J 2 、 A I 0.45G ao55Asi子井
戸活性層3.p型A 16.45 G a 6.55A
sクラッド層4を順次エピタキシャル成長した後、p型
A l 6.45G a (1,55A Sクラッド層
4を活性層近くまで選択的に除去してストライプ状に残
し、その周囲を、横方向にはn型G a A sプロ1
ク層6.共振器の長手方向にはn型AI0.45Gao
、55As埋め込み層7を埋め込んで作製する。電流狭
窄構造、光導波構造は本発明の第1の実施例と同様であ
り、閾値電流値が低く高出力な特性が得られる。
本発明において、量子井戸構造を構成する量子井戸層と
バリア層の層厚1組成1層数など、量子井戸活性層の構
造は、量子効果が得られる範囲で任意である。
バリア層の層厚1組成1層数など、量子井戸活性層の構
造は、量子効果が得られる範囲で任意である。
本発明は、AIGaAsInPやG a A s Pな
どの他の半導体材料よりなる半導体レーザに対しても適
用でき同様の効果を得ることができる。
どの他の半導体材料よりなる半導体レーザに対しても適
用でき同様の効果を得ることができる。
本発明によれば、発振特性の均一性に優れた閾値電流値
の低い高出力な半導体レーザが比較的容易に得られる。
の低い高出力な半導体レーザが比較的容易に得られる。
本発明の高出力な半導体レーザを光源に用いることによ
って光情報機器や光通信機器の高性能化が可能となる。
って光情報機器や光通信機器の高性能化が可能となる。
第1図(a>は、本発明の第1の実施例の半導体レーザ
の模式的斜視図、同図(b)は同実施例における共振器
中央部A−A’での断面構造図同図(c)は同実施例に
おける発振領域の共振器長手方向B−B’での断面構造
図であり、第2図(a)は、本発明の第2の実施例の半
導体レーザの模式的斜視図、同図(b)は同実施例にお
ける共振器中央部A−A’での断面構造図、同図(c)
は同実施例における発振領域の共振器長手方向B−B’
での断面構造図であり、第3図は、従来の量子井戸活性
層高出力レーザの模式的斜視図で、理解を容易にするた
めに手前の一部を除去した斜視図である。これらの図に
おいて、l ・n型G a A s基板、2−・−n型
A l O,15G a。55A sクラッド層、3・
・・量子井戸活性層、4・・。 p型A l o、 4.G a o、 5t、A sク
ラッド層、5−p型A ] o45G ao、5.A
s埋め込み層、6・−n型層aASブロック層、7−n
型A I 0.45G a (1,55A s埋め込み
層、8・・・p(ltlI電極、9・・・n側電極、l
O・・共振器面、19・・・Zn拡散領域である。
の模式的斜視図、同図(b)は同実施例における共振器
中央部A−A’での断面構造図同図(c)は同実施例に
おける発振領域の共振器長手方向B−B’での断面構造
図であり、第2図(a)は、本発明の第2の実施例の半
導体レーザの模式的斜視図、同図(b)は同実施例にお
ける共振器中央部A−A’での断面構造図、同図(c)
は同実施例における発振領域の共振器長手方向B−B’
での断面構造図であり、第3図は、従来の量子井戸活性
層高出力レーザの模式的斜視図で、理解を容易にするた
めに手前の一部を除去した斜視図である。これらの図に
おいて、l ・n型G a A s基板、2−・−n型
A l O,15G a。55A sクラッド層、3・
・・量子井戸活性層、4・・。 p型A l o、 4.G a o、 5t、A sク
ラッド層、5−p型A ] o45G ao、5.A
s埋め込み層、6・−n型層aASブロック層、7−n
型A I 0.45G a (1,55A s埋め込み
層、8・・・p(ltlI電極、9・・・n側電極、l
O・・共振器面、19・・・Zn拡散領域である。
Claims (1)
- 活性層を当該活性層よりも禁制帯幅の広いクラッド層で
挟んだ構造を内包する多層構造と、当該多層構造の積層
面に垂直な一対の相対向する端面から成る共振器面とを
有する半導体レーザにおいて、前記共振器面近傍の前記
活性層へのキャリア注入を阻止する電流狭窄構造を前記
多層構造中に具備し、前記電流狭窄構造は、前記クラッ
ド層のうちの一方のクラッド層の上でかつ共振器面近傍
に前記一方のクラッド層と異なる導電型でかつレーザ光
に対して透明な半導体層を備え、さらに前記一方のクラ
ッド層上前記半導体層間に前記一方のクラッド層と同じ
導電型の半導体層を備えた構成とし、前記活性層は、量
子井戸層とバリア層とを交互に積層して成る量子井戸構
造で構成したことを特徴とする半導体レーザ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184163A JP2522021B2 (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体レ―ザ |
| US07/382,878 US4961196A (en) | 1988-07-22 | 1989-07-21 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63184163A JP2522021B2 (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体レ―ザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233991A true JPH0233991A (ja) | 1990-02-05 |
| JP2522021B2 JP2522021B2 (ja) | 1996-08-07 |
Family
ID=16148465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63184163A Expired - Lifetime JP2522021B2 (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体レ―ザ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4961196A (ja) |
| JP (1) | JP2522021B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4948822A (en) * | 1989-02-27 | 1990-08-14 | National Starch And Chemical Investment Holding Corporation | Laminating adhesives |
Families Citing this family (7)
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| JPH06302906A (ja) * | 1993-04-12 | 1994-10-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61121487A (ja) * | 1984-11-19 | 1986-06-09 | Rohm Co Ltd | 半導体レ−ザ |
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|---|---|---|---|---|
| JPS6014482A (ja) * | 1983-07-04 | 1985-01-25 | Toshiba Corp | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6273687A (ja) * | 1985-09-26 | 1987-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レ−ザ装置 |
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- 1988-07-22 JP JP63184163A patent/JP2522021B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-07-21 US US07/382,878 patent/US4961196A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| JPS61121487A (ja) * | 1984-11-19 | 1986-06-09 | Rohm Co Ltd | 半導体レ−ザ |
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| US4948822A (en) * | 1989-02-27 | 1990-08-14 | National Starch And Chemical Investment Holding Corporation | Laminating adhesives |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2522021B2 (ja) | 1996-08-07 |
| US4961196A (en) | 1990-10-02 |
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