2020-016450

第２　本願発明

本願請求項１～６に係る発明（以下，それぞれ「本願発明１」～「本願発明６」という。）は，令和３年６月８日付けの手続補正で補正された特許請求の範囲の請求項１～６に記載された事項により特定される発明であり，本願発明１は以下のとおりの発明である。

「【請求項１】

コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性半導体膜であって，膜厚が１μｍ以上であり，前記結晶性半導体膜中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上であり，さらにｃ面を基準面とするオフ角を有しており，ｎ型ドーパントを含むことを特徴とする結晶性半導体膜。」

なお，本願発明２～６は，本願発明１の全ての発明特定事項を有している発明である。

第３　引用文献，引用発明等

１　引用文献１について

原査定の拒絶の理由に引用された引用文献１（米国特許出願公開第２０１２／００４５６６１号明細書）には，次の事項が記載されている。なお，引用文献１の記載事項は，当審の訳文で示す（下線は当審が付した。以下，同様である。）。

「発明が属する技術分野

［０００２］　本発明は，一般的には，希土類元素をドープした材料，より具体的には，導波路レーザの活性媒体として有用なネオジムがドープされたサファイアとα－Ｇａ２Ｏ３の合金およびそれに関連する方法に関する。」

「［０００７］　 一実施形態において，本発明は，希土類ドープα－（Ａｌ１－ｘＧａｘ）２Ｏ３に関し，ここで，α－（Ａｌ１－ｘＧａｘ）２Ｏ３は，Ｇａ／Ａｌ比とは無関係に同じ単結晶構造を保持するコランダム相酸化物α－Ａｌ２Ｏ３（サファイア）とα－Ｇａ２Ｏ３との合金である。希土類ドープα－（Ａｌ１－ｘＧａｘ）２Ｏ３は，０より大きく１以下のガリウム含有量ｘを有する。希土類ドープα－（Ａｌ１－ｘＧａｘ）２Ｏ３は，平面導波管レーザのコア層として適した高屈折率を有する透明な光学材料である。」

「［００５６］　半導体用に設計されたＶＧ－Ｖ８０Ｈ　ＭＢＥ装置内でサファイア基板上に膜を成長させたが，酸化物用に高スループットターボ分子ポンプ及びＳｉＣ基板ヒータを追加して修正した。・・・

［００５８］　本発明者らの新規な方法を用いて，Ｒ，Ａ及びＭ面サファイア基板上にＮｄ－Ｇａ２Ｏ３を成長することができた。・・・

［００５９］　膜は単相のため，本発明者らが測定した光学特性は，α相Ｎｄ－Ｇａ２Ｏ３に特有である。波長１μｍでの屈折率は，広帯域反射分光法で測定して１．９１（サファイアの１．７５と比較）である。この屈折率コントラストでは，クラッドを有する１μｍ厚のコアは，基本ＴＥモードの９２％を閉じ込めるのに十分である。・・・」

「

」

以上によれば，引用文献１には，以下の発明（以下，「引用発明１」という。）が記載されていると認められる。

「Ｒ，Ａ及びＭ面サファイア基板上に成長された，導波路レーザの活性媒体としてネオジウムがドープされたα相Ｎｄ－Ｇａ２Ｏ３膜。」

２　引用文献２について

原査定の拒絶の理由に引用された引用文献２（国際公開第２０１３／０３５８４３号）には，次の事項が記載されている。

「[0004]　しかしながら，単斜晶系のβ－Ｇａ2Ｏ3結晶膜をコランダム構造のα－Ａｌ2Ｏ3基板上に成長させることは困難であり，高品質なβ－Ｇａ2Ｏ3結晶膜を得ることはできない。このため，α－Ａｌ2Ｏ3基板上のβ－Ｇａ2Ｏ3結晶膜を用いて高品質のＧａ2Ｏ3系半導体素子を形成することは困難である。」

「[0014]〔第１の実施の形態〕

第１の実施の形態では，Ｇａ2Ｏ3系半導体素子としてのプレーナゲート構造を有するＧａ2Ｏ3系ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）について説明する。

[0015]（Ｇａ2Ｏ3系半導体素子の構成）

図１は，第１の実施の形態に係るＧａ2Ｏ3系ＭＩＳＦＥＴの断面図である。Ｇａ2Ｏ3系ＭＩＳＦＥＴ１０は，α－Ａｌ2Ｏ3基板２上に形成されたｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３と，ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３上に形成されたソース電極１２及びドレイン電極１３と，ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３中にソース電極１２及びドレイン電極１３の下にそれぞれ形成されたコンタクト領域１４，１５と，ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３のコンタクト領域１４とコンタクト領域１５の間の領域上にゲート絶縁膜１６を介して形成されたゲート電極１１と，コンタクト領域１４を囲むボディ領域１７とを含む。

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[0016]　ゲート電極１１は，ボディ領域１７のソース電極１２とドレイン電極１３との間の領域の上方に位置する。

[0017]　Ｇａ2Ｏ3系ＭＩＳＦＥＴ１０は，ノーマリーオフ型のトランジスタとして機能する。ゲート電極１１に閾値以上の電圧を印加すると，ボディ領域１７のゲート電極１１下の領域にチャネルが形成され，ソース電極１２からドレイン電極１３へ電流が流れるようになる。

[0018]　ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３は，α－Ａｌ2Ｏ3基板２上に形成されたα－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０≦ｘ＜１）の単結晶膜である。ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３は，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｍｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ等のｎ型ドーパントを含む。ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３は，例えば，１×１０15／ｃｍ3以上，１×１０19／ｃｍ3以下の濃度のｎ型ドーパントを含む。また，ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３の厚さは，例えば，０．０１～１０μｍである。

・・・

[0025]（Ｇａ2Ｏ3系ＭＩＳＦＥＴの製造方法）

α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜の製造方法の一例として，分子線エピタキシー（ＭＢＥ；Molecular Beam Epitaxy）法による方法を以下に説明する。ＭＢＥ法は，単体あるいは化合物の固体をセルと呼ばれる蒸発源で加熱し，加熱により生成された蒸気を分子線として基板表面に供給する結晶成長方法である。

[0026]　図２は，α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜の形成に用いられるＭＢＥ装置の一例の構成図である。このＭＢＥ装置１００は，真空槽１０７と，この真空槽１０７内に支持され，α－Ａｌ2Ｏ3基板２を保持する基板ホルダ１０１と，基板ホルダ１０１に保持されたα－Ａｌ2Ｏ3基板２を加熱するための加熱装置１０２と，薄膜を構成する原子又は分子ごとに設けられた複数のセル１０３（１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ）と，複数のセル１０３を加熱するためのヒータ１０４（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ）と，真空槽１０７内に酸素系ガスを供給するガス供給パイプ１０５と，真空槽１０７内の空気を排出するための真空ポンプ１０６とを備えている。基板ホルダ１０１は，シャフト１１０を介して図示しないモータにより回転可能に構成されている。

[0027]　第１のセル１０３ａには，Ｇａ粉末等のα－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜のＧａ原料が充填されている。この粉末のＧａの純度は，６Ｎ以上であることが望ましい。第２のセル１０３ｂには，ドナーとしてドーピングされるｎ型ドーパントの原料の粉末が充填されている。第３のセル１０３ｃには，Ａｌ粉末等のα－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜のＡｌ原料が充填されている。第１のセル１０３ａ，第２のセル１０３ｂ，及び第３のセル１０３ｃの開口部にはシャッターが設けられている。

[0028]　まず，α－Ａｌ2Ｏ3基板２をＭＢＥ装置１００の基板ホルダ１０１に取り付ける。次に，真空ポンプ１０６を作動させ，真空槽１０７内の気圧を１０-10Ｔｏｒｒ程度まで減圧する。そして，加熱装置１０２によってα－Ａｌ2Ｏ3基板２を加熱する。なお，α－Ａｌ2Ｏ3基板２の加熱は，加熱装置１０２の黒鉛ヒータ等の発熱源の輻射熱が基板ホルダ１０１を介してα－Ａｌ2Ｏ3基板２に熱伝導することにより行われる。

[0029]　α－Ａｌ2Ｏ3基板２が所定の温度に加熱された後，ガス供給パイプ１０５から真空槽１０７内に，酸素系ガスを供給する。

[0030]　真空槽１０７内に酸素系ガスを供給した後，真空槽１０７内のガス圧が安定するのに必要な時間（例えば５分間）経過後，基板ホルダ１０１を回転させながら第１のヒータ１０４ａ，第２のヒータ１０４ｂ，及び第３のヒータ１０４ｃにより第１のセル１０３ａ，第２のセル１０３ｂ，及び第２のセル１０３ｃを加熱し，Ｇａ，Ａｌ，ｎ型ドーパントを蒸発させて分子線としてα－Ａｌ2Ｏ3基板２の表面に照射する。

[0031]　これにより，α－Ａｌ2Ｏ3基板２の主面上にα－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶がＳｎ等のｎ型ドーパントを添加されながらエピタキシャル成長し，ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３が形成される。なお，Ｓｎ以外のｎ型ドーパントとして，Ｇａ又はＡｌサイトを置換する場合は，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｍｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ等を用いることができ，酸素サイトを置換する場合は，Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ等を用いることができる。ｎ型ドーパントの添加濃度は，第２のセル１０３ｂの温度により制御することができる。

[0032]　なお，ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶膜３は，ＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition）法，ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により形成されてもよい。」

「［図１］

［図２］

」

以上によれば，引用文献２には，以下の発明（以下，「引用発明２」という。）が記載されていると認められる。

「α－Ａｌ2Ｏ3基板２の主面上に形成された，厚さ０．０１～１０μｍのｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０≦ｘ＜１）単結晶半導体膜３。」

３　引用文献３について

原査定の拒絶の理由に周知技術として引用された引用文献３（田村 英雄，米山　宏，酸化物半導体の電気化学特性，電気化学および工業物理化学，１９８０年，Vol. 48, No. 6，pp. 335-343）には，次の事項が記載されている。

「しかし，酸化物の導電性は，組成の非化学量論性や存在する不純物の種類と量により大きく変る場合が多く，このことを利用して，特定の不純物元素を酸化物に固溶させ酸化物の抵抗を下げること（これをドーピングという）が行なわれている．たとえば，化学量論性のNiOは緑色を呈し，ρ＝1015Ωcmで絶縁体であるが，Liを2.5～5atm％ドープすると，ρ＜10Ωcmになる．それゆえ，絶縁性，半導性の区別にはあまり厳密性を期待できない．表１に代表的な金属酸化物の導電性を示すが，NiOのようにドーピングにより半導性となして利用されているものは半導体として分類してある．」（３３６ページ左欄１～１２行）

「

」（３３６ページ）

４　引用文献４について

原査定の拒絶の理由に周知技術として引用された引用文献４（奥村 次徳，半導体への不純物ドーピング，応用物理，１９９９年，Vol. 68, No. 9，pp. 1054-1059）には，次の事項が記載されている。

「１．まえがき

一般的な辞書，例えば「広辞苑・第五版」をみると，半導体について次のような説明がなされている．

はん－どうたい【半導体】導体と絶縁体との中間の電気伝導率をもつ物質．低温ではほとんど電流を流さないが，高温になるに従い電気伝導率が増す．珪素・ゲルマニウム・セレンや重金属の酸化物の類．ダイオード・トランジスター・集積回路・光電池などに応用（岩波書店：広辞苑第五版）．

・・・半導体の電子エネルギー構造は，絶縁体と何ら変わることがなく，理想状態では絶縁体であること，そしてこの絶縁体に，母体原子とは異なる元素を「不純物」として意図的に添加（doping：ドーピング）し，これによって電気伝導特性を広い範囲にわたってコントロールできるようになった物質が半導体である，・・・」（１０５４ページ左欄１～１８行）

第４　対比・判断

１　引用発明１を主引用発明とする新規性及び容易想到性について

（１）本願発明１について

ア　対比

本願発明１と引用発明１とを対比する。

引用発明１の「導波路レーザの活性媒体としてネオジウムがドープされたα相Ｎｄ－Ｇａ２Ｏ３膜」は，引用文献１の前記第３　１の［０００７］の「α－（Ａｌ１－ｘＧａｘ）２Ｏ３は，Ｇａ／Ａｌ比とは無関係に同じ単結晶構造を保持するコランダム相酸化物α－Ａｌ２Ｏ３（サファイア）とα－Ｇａ２Ｏ３との合金である。」との記載からすると，単結晶構造を保持するコランダム相酸化物であるといえるから，本願発明１の「コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性半導体膜」とは，「コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性膜」である点で共通する。

そして，引用発明１の「Ｎｄ－Ｇａ２Ｏ３膜」中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上であることは明らかである。

以上から，本願発明１と引用発明１の一致点と相違点は以下のとおりとなる。

＜一致点＞

「コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性膜であって，前記結晶性膜中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上である結晶性膜。」

＜相違点＞

イ　判断

相違点１－１について検討すると，引用発明１の「ネオジウムがドープされたα相Ｎｄ－Ｇａ２Ｏ３膜」は「導波路レーザの活性媒体として」用いられるものであって，半導体膜として用いられるものではないから，相違点１－１は実質的な相違点である。

したがって，本願発明１は，引用発明１であるとはいえない。

また，引用文献１には，「導波路レーザの活性媒体としてネオジウムがドープされたα相Ｎｄ－Ｇａ２Ｏ３膜」を半導体膜として用いることの記載も示唆もされていないから，引用発明１において，相違点１－１に係る本願発明１の構成とすることは，当業者が容易に想到し得るものとはいえない。

そして，本願発明１の「膜厚１μｍ以上の厚膜であり，電気特性，特に移動度に優れている」（本願明細書【００１０】）との効果は，引用文献１の記載からは予測し得ない顕著な効果である。

したがって，他の相違点について判断するまでもなく，本願発明１は，引用発明１であるとはいえないし，引用発明１に基づいて，当業者が容易に発明できたものともいえない。

（２）本願発明２～６について

本願発明２～６は，いずれも本願発明１の全ての発明特定事項を有しているから，前記（１）で検討したのと同様の理由により，引用発明１であるとはいえないし，また，引用発明１に基づいて，当業者が容易に発明できたものともいえない。

２　引用発明２を主引用発明とする容易想到性について

（１）本願発明１について

ア　対比

本願発明１と引用発明２とを対比する。

引用文献１の前記第３　１の［０００７］の「α－（Ａｌ１－ｘＧａｘ）２Ｏ３は，Ｇａ／Ａｌ比とは無関係に同じ単結晶構造を保持するコランダム相酸化物α－Ａｌ２Ｏ３（サファイア）とα－Ｇａ２Ｏ３との合金である」との記載及び引用文献２の前記第３　２の[0004]の「コランダム構造のα－Ａｌ2Ｏ3」との記載を参酌すると，引用発明２の「α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3（０≦ｘ＜１）単結晶半導体膜３」は，コランダム構造を有しているといえるから，本願発明１の「コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性半導体膜」に相当する。

また，引用発明２の「厚さ０．０１～１０μｍのｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶半導体膜３」は，ｎ型ドーパントを含んでおり，厚さが１μｍ以上であり，単結晶半導体膜中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上のものを含んでいる。

以上から，本願発明１と引用発明２の一致点と相違点は以下のとおりとなる。

＜一致点＞

「コランダム構造を有する酸化物半導体を主成分として含む結晶性半導体膜であって，膜厚が１μｍ以上であり，前記結晶性半導体膜中の金属元素中のガリウムの原子比が０．５以上である，ｎ型ドーパントを含む結晶性半導体膜。」

＜相違点＞

イ　判断

相違点２－１について検討すると，引用発明２は，「ｎ型α－（ＡｌxＧａ1-x）2Ｏ3単結晶半導体膜」であるのに対して，引用発明１の「単結晶構造を保持するコランダム相Ｎｄドープα－Ｇａ２Ｏ３膜」は「導波路レーザの活性媒体として」用いられるものであるから，引用発明２と引用発明１とは技術分野が異なっている。

そうすると，引用発明２に引用発明１を適用する動機付けがあるとはいえない。そして，このことは，引用文献３，４の記載に左右されるものではない。

そして，本願発明１の「膜厚１μｍ以上の厚膜であり，電気特性，特に移動度に優れている」（本願明細書【００１０】）との効果は，引用文献２及び引用文献１の記載からは予測し得ない顕著な効果である。

したがって，本願発明１は，引用発明２及び引用発明１に基づいて，当業者が容易に発明できたものともいえない。

（２）本願発明２～６について

本願発明２～６は，いずれも本願発明１の全ての発明特定事項を有しているから，前記（１）で検討したのと同様の理由により，引用発明２及び引用発明１に基づいて，当業者が容易に発明できたものとはいえない。

第５　原査定の概要及び原査定についての判断

１　原査定（令和２年８月１８日付け拒絶査定）の理由の概要は次のとおりである。

（１）理由１（新規性），理由２（進歩性）

本願の請求項１，３～５に係る発明は，引用文献１に記載された発明であるから，特許法第２９条第１項第３項に該当し，特許を受けることができないか，引用文献１に記載された発明に基づいて，当業者が容易に発明できたものであるから，特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができない。

（２）理由２（進歩性）

本願の請求項２～５に係る発明は，引用文献１に記載された発明に基づいて，当業者が容易に発明できたものであり，また，請求項１～７に記載された発明は，引用文献２に記載された発明及び引用文献１に記載された発明に基づいて，当業者が容易に発明できたものであるから，特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができない。

２　しかしながら，令和２年３月２７日付け手続補正により補正された請求項１に係る発明は，前記相違点１－１及び前記相違点２－１に係る本願発明１の構成を有するものであるから，前記第４　１及び２で検討したのと同様の理由により，引用発明１であるとはいえないし，また，引用発明１に基づいて，若しくは，引用発明２及び引用発明１に基づいて，当業者が容易に発明できたものともいえない。

したがって，原査定を維持することはできない。

第６　当審拒絶理由について

１　特許法第３６条第６項第１号について

当審では，請求項１を引用する請求項３には，「ドーパントを含んでいる請求項１または２に記載の結晶性半導体膜」と記載されているところ，請求項１には，既に「ｎ型ドーパントを含む」と記載されているから，上記「ドーパントを含んでいる」とは具体的に何を特定する記載なのか不明であるとの拒絶の理由を通知したが，令和３年６月８日にした手続補正において，請求項３は削除されたから，この拒絶の理由は解消した。

第７　むすび

以上のとおりであるから，原査定の理由及び当審拒絶理由によっては，本願を拒絶することはできない。

また，他に本願を拒絶すべき理由を発見しない。

よって，結論のとおり審決する。