JPH0555498A - 化合物半導体論理ゲート回路 - Google Patents
化合物半導体論理ゲート回路Info
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- JPH0555498A JPH0555498A JP23740691A JP23740691A JPH0555498A JP H0555498 A JPH0555498 A JP H0555498A JP 23740691 A JP23740691 A JP 23740691A JP 23740691 A JP23740691 A JP 23740691A JP H0555498 A JPH0555498 A JP H0555498A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 JFETによるDCFL回路において、電源
電圧VDDが高くなった際のゲートの遅延時間の増大を抑
える。 【構成】 電源電圧VDDと接地電圧GNDとの間に、抵
抗3,4とJFET1,2とからなるDCFL回路が設
けられる。JFET1,2のゲート入力部には、電圧降
下素子として抵抗5,6が配設され、この抵抗5,6に
よって電源電圧VDDが高くなった場合でもゲート電圧が
下がることになる。従って、ゲートからの少数キャリア
の注入が抑えられ、これに起因するゲートの遅延時間の
増大が防止されることになる。
電圧VDDが高くなった際のゲートの遅延時間の増大を抑
える。 【構成】 電源電圧VDDと接地電圧GNDとの間に、抵
抗3,4とJFET1,2とからなるDCFL回路が設
けられる。JFET1,2のゲート入力部には、電圧降
下素子として抵抗5,6が配設され、この抵抗5,6に
よって電源電圧VDDが高くなった場合でもゲート電圧が
下がることになる。従って、ゲートからの少数キャリア
の注入が抑えられ、これに起因するゲートの遅延時間の
増大が防止されることになる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はDCFL回路からなる化
合物半導体論理ゲート回路に関する。
合物半導体論理ゲート回路に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAsICの如き化合物半導体IC
は、シリコンICに比べて高速性に優れており、その研
究開発が盛んである。例えば、GaAsICの論理ゲー
トの回路形式としては、DCFL(Direct Co
upled FETLogic)回路や、SCFL(S
ource Coupled FET Logic)回
路などが多く用いられており(例えば、特開平1−22
2484号公報参照。)、特にDCFL回路は、その低
消費電力性からICの基本回路として好適である。
は、シリコンICに比べて高速性に優れており、その研
究開発が盛んである。例えば、GaAsICの論理ゲー
トの回路形式としては、DCFL(Direct Co
upled FETLogic)回路や、SCFL(S
ource Coupled FET Logic)回
路などが多く用いられており(例えば、特開平1−22
2484号公報参照。)、特にDCFL回路は、その低
消費電力性からICの基本回路として好適である。
【0003】ところで、DCFL回路を構成する基本素
子としては、ゲートにショットキー接合を用いたMES
FET(MEtal Semiconductor F
ET)や、P−N接合を用いたJFET(Juncti
on FET;接合ゲート型電界効果型トランジスタ)
が用いられている。これらの素子では、ゲート部分にシ
ョットキー接合やP−N接合が形成され、DCFL回路
の論理振幅は、電流の流れ出すソース・ゲート間の電圧
により決められる。このためMESFETでは、論理振
幅が約0.5Vとなり、JFETでは、論理振幅が約
1.0Vとされる。すなわち、JFETの方が約2倍ほ
ど大きい論理振幅を得ることができる。
子としては、ゲートにショットキー接合を用いたMES
FET(MEtal Semiconductor F
ET)や、P−N接合を用いたJFET(Juncti
on FET;接合ゲート型電界効果型トランジスタ)
が用いられている。これらの素子では、ゲート部分にシ
ョットキー接合やP−N接合が形成され、DCFL回路
の論理振幅は、電流の流れ出すソース・ゲート間の電圧
により決められる。このためMESFETでは、論理振
幅が約0.5Vとなり、JFETでは、論理振幅が約
1.0Vとされる。すなわち、JFETの方が約2倍ほ
ど大きい論理振幅を得ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】論理振幅を大きくでき
る場合、ICとしての動作マージンが大きくなり、高集
積化に適することになる。従って、JFETを採用して
IC化を図ることが好ましい。
る場合、ICとしての動作マージンが大きくなり、高集
積化に適することになる。従って、JFETを採用して
IC化を図ることが好ましい。
【0005】しかしながら、JFETは電源電圧の増加
に対してゲートの遅延時間(τpd)が増大する欠点を有
する。すなわち、JFETでは、電源電圧を高くした場
合には、P−N接合を形成しているゲート部分から、電
界効果型トランジスタのチャネル部に少数キャリア(ホ
ール)の注入現象が発生する。この少数キャリアのライ
フタイムが長いため、ゲートの遅延時間が増大すること
になる。
に対してゲートの遅延時間(τpd)が増大する欠点を有
する。すなわち、JFETでは、電源電圧を高くした場
合には、P−N接合を形成しているゲート部分から、電
界効果型トランジスタのチャネル部に少数キャリア(ホ
ール)の注入現象が発生する。この少数キャリアのライ
フタイムが長いため、ゲートの遅延時間が増大すること
になる。
【0006】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、JFETに供給される電源電圧を高くした場合であ
っても、そのゲートの遅延時間が増大しない構造のDC
FL回路からなる化合物半導体論理ゲート回路の提供を
目的とする。
み、JFETに供給される電源電圧を高くした場合であ
っても、そのゲートの遅延時間が増大しない構造のDC
FL回路からなる化合物半導体論理ゲート回路の提供を
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の化合物半導体論理ゲート回路は、接合ゲー
ト型電界効果型トランジスタを用いたDCFL回路から
なり、前記接合ゲート型電界効果型トランジスタのゲー
ト入力部に電圧降下素子を配したことを特徴とする。
め、本発明の化合物半導体論理ゲート回路は、接合ゲー
ト型電界効果型トランジスタを用いたDCFL回路から
なり、前記接合ゲート型電界効果型トランジスタのゲー
ト入力部に電圧降下素子を配したことを特徴とする。
【0008】ここで、前記電圧降下素子とは、例えば抵
抗素子やダイオード等であり、同一の化合物半導体基板
若しくは化合物半導体層上に形成される。なお、本明細
書では、接合ゲート型電界効果型トランジスタにはショ
ットキー接合を用いたMESFETが含まれないものと
する。
抗素子やダイオード等であり、同一の化合物半導体基板
若しくは化合物半導体層上に形成される。なお、本明細
書では、接合ゲート型電界効果型トランジスタにはショ
ットキー接合を用いたMESFETが含まれないものと
する。
【0009】
【作用】DCFL回路を接合ゲート型電界効果型トラン
ジスタ(JFET)から構成することで、MESFET
に比べて論理振幅を大きくとることができる。そして、
本発明においては、その接合ゲート型電界効果型トラン
ジスタのゲート入力部に電圧降下素子が配されるため、
ゲート電圧が電源電圧に対して相対的に低くなり、少数
キャリアのチャネル部分への注入量を抑制することがで
きる。
ジスタ(JFET)から構成することで、MESFET
に比べて論理振幅を大きくとることができる。そして、
本発明においては、その接合ゲート型電界効果型トラン
ジスタのゲート入力部に電圧降下素子が配されるため、
ゲート電圧が電源電圧に対して相対的に低くなり、少数
キャリアのチャネル部分への注入量を抑制することがで
きる。
【0010】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【0011】まず、図1に本実施例の2段のDCFL回
路からなりインバーター構成とされた化合物半導体論理
ゲート回路の例を示す。図1に示す2段のDCFL回路
には、電源電圧VDDを供給するための電源電圧線7と、
接地電圧GNDを供給するための接地電圧線8がそれぞ
れ接続されている。前段のDCFL回路は、ゲート入力
部に抵抗5が設けられたJFET1と、抵抗3とからな
り、後段のDCFL回路は、ゲート入力部に抵抗6が設
けられたJFET2と、抵抗4とからなる。
路からなりインバーター構成とされた化合物半導体論理
ゲート回路の例を示す。図1に示す2段のDCFL回路
には、電源電圧VDDを供給するための電源電圧線7と、
接地電圧GNDを供給するための接地電圧線8がそれぞ
れ接続されている。前段のDCFL回路は、ゲート入力
部に抵抗5が設けられたJFET1と、抵抗3とからな
り、後段のDCFL回路は、ゲート入力部に抵抗6が設
けられたJFET2と、抵抗4とからなる。
【0012】前段のDCFL回路を構成するJFET1
のソースは、前記接地電圧線8に接続され、そのJFE
T1のドレインは抵抗3の一方の端子に接続される。こ
のJFET1のドレインは当該前段のDCFL回路の出
力端子とされる。抵抗3の他方の端子には、電源電圧V
DDを供給するための電源電圧線7が接続される。
のソースは、前記接地電圧線8に接続され、そのJFE
T1のドレインは抵抗3の一方の端子に接続される。こ
のJFET1のドレインは当該前段のDCFL回路の出
力端子とされる。抵抗3の他方の端子には、電源電圧V
DDを供給するための電源電圧線7が接続される。
【0013】後段のDCFL回路も前段と同様の構造を
有し、後段のDCFL回路を構成するJFET2のソー
スは、前記接地電圧線8に接続され、そのJFET2の
ドレインは抵抗4の一方の端子に接続される。このJF
ET2のドレインは2段のインバーターの出力端子とさ
れる。抵抗4の他方の端子には、電源電圧VDDを供給す
るための電源電圧線7が接続される。
有し、後段のDCFL回路を構成するJFET2のソー
スは、前記接地電圧線8に接続され、そのJFET2の
ドレインは抵抗4の一方の端子に接続される。このJF
ET2のドレインは2段のインバーターの出力端子とさ
れる。抵抗4の他方の端子には、電源電圧VDDを供給す
るための電源電圧線7が接続される。
【0014】これらDCFL回路は、それぞれゲート入
力部に抵抗5,6を有するため、これら抵抗5,6にお
ける電圧降下によって、電源電圧VDDに対するゲート電
圧が低くなる。従って、電源電圧VDDがその変動によっ
て高くなった場合であっても、通常のJFETに比べて
ゲート電圧が相対的に低くなり、拡散ゲートからチャネ
ルに向けての少数キャリアの注入が抑えられることにな
る。このため高い電源電圧VDDに対してゲートの遅延時
間(τpd)が大きくなる欠点が改善される。
力部に抵抗5,6を有するため、これら抵抗5,6にお
ける電圧降下によって、電源電圧VDDに対するゲート電
圧が低くなる。従って、電源電圧VDDがその変動によっ
て高くなった場合であっても、通常のJFETに比べて
ゲート電圧が相対的に低くなり、拡散ゲートからチャネ
ルに向けての少数キャリアの注入が抑えられることにな
る。このため高い電源電圧VDDに対してゲートの遅延時
間(τpd)が大きくなる欠点が改善される。
【0015】また、当該論理ゲート回路は、DCFL回
路からなるために低消費電力で動作し、さらにJFET
1,2を基本素子とすることから、その電位差の大きな
論理振幅により十分な動作マージンを確保できる。
路からなるために低消費電力で動作し、さらにJFET
1,2を基本素子とすることから、その電位差の大きな
論理振幅により十分な動作マージンを確保できる。
【0016】図3は、負荷曲線と次段に流入する電流量
の比較を示す図である。実線Jiが本実施例によるゲー
ト電流であって少数キャリアの注入量に相当し、破線J
pが従来のDCFL回路のゲート電流を示す曲線であ
る。
の比較を示す図である。実線Jiが本実施例によるゲー
ト電流であって少数キャリアの注入量に相当し、破線J
pが従来のDCFL回路のゲート電流を示す曲線であ
る。
【0017】先ずJFET1,2自体の動作について説
明すると、直線h1は電源電圧VDDの値をVDCとする場
合を示し、負荷である抵抗3,4の値によってその直線
h1 の傾きが決定される。この直線h1 と曲線g1 〜g
3 の交点がそれぞれ各ゲート電圧におけるドレイン電流
を示し、曲線g1 はゲート電圧が1.0V、曲線g2 は
ゲート電圧が0.8V、曲線g3 はゲート電圧が0.6
Vの時のそれぞれ曲線である。従って、ゲート電圧が
1.0Vの場合、曲線g1 と直線h1 の交点がドレイン
電流を示し、図3より、そのドレイン電流は電流値IF1
となる。
明すると、直線h1は電源電圧VDDの値をVDCとする場
合を示し、負荷である抵抗3,4の値によってその直線
h1 の傾きが決定される。この直線h1 と曲線g1 〜g
3 の交点がそれぞれ各ゲート電圧におけるドレイン電流
を示し、曲線g1 はゲート電圧が1.0V、曲線g2 は
ゲート電圧が0.8V、曲線g3 はゲート電圧が0.6
Vの時のそれぞれ曲線である。従って、ゲート電圧が
1.0Vの場合、曲線g1 と直線h1 の交点がドレイン
電流を示し、図3より、そのドレイン電流は電流値IF1
となる。
【0018】従来のDCFL回路を用いた場合で電源電
圧VDDがVDCの時、破線Jpと直線h1 の交点が少数キ
ャリアの注入量に相当する電流値IGMとなる。この電流
値IGMは電源電圧VDDが上昇した場合に、曲線Jpに従
って大きく増大し、前記電流値IF1に対して無視できな
い程の値となる。例えば、電源電圧VDDがVDAまで上昇
した時、直線h2 と破線Jpの交点から示されるよう
に、その少数キャリアの注入量に相当する電流値IGMも
電流値IF1の7割程度にまで上昇してしまう。なお、図
3において、電源電圧VDDをVDCとした場合では、丁度
電流値IGMは電流値IF1の半分とされている。
圧VDDがVDCの時、破線Jpと直線h1 の交点が少数キ
ャリアの注入量に相当する電流値IGMとなる。この電流
値IGMは電源電圧VDDが上昇した場合に、曲線Jpに従
って大きく増大し、前記電流値IF1に対して無視できな
い程の値となる。例えば、電源電圧VDDがVDAまで上昇
した時、直線h2 と破線Jpの交点から示されるよう
に、その少数キャリアの注入量に相当する電流値IGMも
電流値IF1の7割程度にまで上昇してしまう。なお、図
3において、電源電圧VDDをVDCとした場合では、丁度
電流値IGMは電流値IF1の半分とされている。
【0019】次に、本実施例のDCFL回路を用いた場
合では、図3中の実線Jiの如きゲート電流が得られる
ことになる。この実線Jiは従来の回路における破線J
pよりも傾きが鈍った曲線であり、それだけ高い電源電
圧VDDに対応できることになる。電流値IGMが許容され
る少数キャリアの注入量に相当する電流値であるなら
ば、本実施例のDCFL回路の採用によって、電源電圧
VDDがVDAまで上昇しても、直線h2 と実線Jiの交点
で示されるような許容される範囲内と言うことになり、
高い電源電圧であっても遅延時間τpdの増大を抑えた確
実な動作が期待できることになる。
合では、図3中の実線Jiの如きゲート電流が得られる
ことになる。この実線Jiは従来の回路における破線J
pよりも傾きが鈍った曲線であり、それだけ高い電源電
圧VDDに対応できることになる。電流値IGMが許容され
る少数キャリアの注入量に相当する電流値であるなら
ば、本実施例のDCFL回路の採用によって、電源電圧
VDDがVDAまで上昇しても、直線h2 と実線Jiの交点
で示されるような許容される範囲内と言うことになり、
高い電源電圧であっても遅延時間τpdの増大を抑えた確
実な動作が期待できることになる。
【0020】図2はJFET1,2の部分の構造断面を
示す。すなわち、JFET1,2は、半絶縁性GaAs
基板11にn型の不純物導電型の動作層としてソース領
域14とドレイン領域12が基板表面に臨んで形成さ
れ、これらソース領域14とドレイン領域12の間の領
域がチャネル領域13とされる。このチャネル領域13
上の基板主面には、P−N接合をなすように、p型の高
濃度不純物拡散領域からなるゲート領域15が形成され
る。ゲート領域15には、その表面でゲート電極18が
接続される。ソース領域14にはその表面でソース電極
16が接続され、ドレイン領域12にはその表面でドレ
イン電極17が接続される。ゲート電極18は、例えば
Ti/Pt/Auの3層の金属層から形成され、ソース
電極16,ドレイン電極17は、例えばAu−Ge/N
iから構成されるオーミック電極とされる。
示す。すなわち、JFET1,2は、半絶縁性GaAs
基板11にn型の不純物導電型の動作層としてソース領
域14とドレイン領域12が基板表面に臨んで形成さ
れ、これらソース領域14とドレイン領域12の間の領
域がチャネル領域13とされる。このチャネル領域13
上の基板主面には、P−N接合をなすように、p型の高
濃度不純物拡散領域からなるゲート領域15が形成され
る。ゲート領域15には、その表面でゲート電極18が
接続される。ソース領域14にはその表面でソース電極
16が接続され、ドレイン領域12にはその表面でドレ
イン電極17が接続される。ゲート電極18は、例えば
Ti/Pt/Auの3層の金属層から形成され、ソース
電極16,ドレイン電極17は、例えばAu−Ge/N
iから構成されるオーミック電極とされる。
【0021】そして、本実施例のDCFL回路では、そ
のドレイン電極17に負荷抵抗19が接続され、その負
荷抵抗19の他端に電源電圧VDDが供給される。また、
そのゲート入力部であるゲート電極18には抵抗20が
接続される。この抵抗20による電圧降下作用によっ
て、電源電圧VDDが高くなった場合であっても、ゲート
領域15からの少数キャリア(ホール)の注入現象が抑
制されることになる。このため、遅延時間τpdの増大が
防止され、高速な動作が実現される。
のドレイン電極17に負荷抵抗19が接続され、その負
荷抵抗19の他端に電源電圧VDDが供給される。また、
そのゲート入力部であるゲート電極18には抵抗20が
接続される。この抵抗20による電圧降下作用によっ
て、電源電圧VDDが高くなった場合であっても、ゲート
領域15からの少数キャリア(ホール)の注入現象が抑
制されることになる。このため、遅延時間τpdの増大が
防止され、高速な動作が実現される。
【0022】なお、本実施例では、電圧降下素子として
は、ゲート入力部に抵抗を設けたが、これに限定され
ず、ダイオード等を設けるようにしても良い。
は、ゲート入力部に抵抗を設けたが、これに限定され
ず、ダイオード等を設けるようにしても良い。
【0023】
【発明の効果】本発明の化合物半導体論理ゲート回路で
は、接合ゲート型電界効果型トランジスタのゲート入力
部に電圧降下素子が配されるため、ゲート電圧を電源電
圧に対して相対的に低くすることができ、少数キャリア
のチャネル部分への注入量を抑制することができる。こ
のため電源電圧VDDが高くなった場合でも、遅延時間τ
pdの増大なく回路を作動させることができる。また、本
発明は接合ゲート型電界効果型トランジスタを基本素子
としているため、MESFETに比べて論理振幅を大き
くとることができる。
は、接合ゲート型電界効果型トランジスタのゲート入力
部に電圧降下素子が配されるため、ゲート電圧を電源電
圧に対して相対的に低くすることができ、少数キャリア
のチャネル部分への注入量を抑制することができる。こ
のため電源電圧VDDが高くなった場合でも、遅延時間τ
pdの増大なく回路を作動させることができる。また、本
発明は接合ゲート型電界効果型トランジスタを基本素子
としているため、MESFETに比べて論理振幅を大き
くとることができる。
【図1】本発明の化合物半導体論理ゲート回路の一例を
2段接続したものを示す回路図である。
2段接続したものを示す回路図である。
【図2】本発明の化合物半導体論理ゲート回路の一例の
JFETの部分の断面構造を示す模式的な断面図であ
る。
JFETの部分の断面構造を示す模式的な断面図であ
る。
【図3】本発明の化合物半導体論理ゲート回路の一例と
従来例を比較したDCFL回路の負荷曲線を示す特性図
である。
従来例を比較したDCFL回路の負荷曲線を示す特性図
である。
1,2…JFET 3,4,5,6…抵抗 VDD…電源電圧
Claims (1)
- 【請求項1】 接合ゲート型電界効果型トランジスタを
用いたDCFL回路からなる化合物半導体論理ゲート回
路において、前記接合ゲート型電界効果型トランジスタ
のゲート入力部に電圧降下素子を配したことを特徴とす
る化合物半導体論理ゲート回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23740691A JPH0555498A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 化合物半導体論理ゲート回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23740691A JPH0555498A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 化合物半導体論理ゲート回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555498A true JPH0555498A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=17014917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23740691A Pending JPH0555498A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 化合物半導体論理ゲート回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555498A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6451961B2 (en) | 2000-02-03 | 2002-09-17 | Nippon Shokubai Co Ltd | Ethylenimine polymer, aqueous solution of ethylenimine polymer, production process for the same and purifying process therefor |
| US6924378B2 (en) | 2002-04-24 | 2005-08-02 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Method for production of aziridines and N-vinylamides |
-
1991
- 1991-08-23 JP JP23740691A patent/JPH0555498A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6451961B2 (en) | 2000-02-03 | 2002-09-17 | Nippon Shokubai Co Ltd | Ethylenimine polymer, aqueous solution of ethylenimine polymer, production process for the same and purifying process therefor |
| US6924378B2 (en) | 2002-04-24 | 2005-08-02 | Nippon Shokubai Co., Ltd. | Method for production of aziridines and N-vinylamides |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010424 |