2021-015473

第２ 原査定の概要

原査定（令和３年８月５日付け拒絶査定）の概要は次のとおりである。

本願の請求項１～６に係る発明は、本願の出願前に日本国内又は外国において、頒布された又は電気通信回線を通じて公衆に利用可能となった以下の引用文献１～２に記載された発明に基づいて、その出願前にその発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者（以下、「当業者」という。）が容易に発明をすることが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。

引用文献等一覧

１.特開２０１０－２３３４０６号公報

２.特開２００６－１００８０１号公報

第３ 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、願書に最初に添付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、以下のとおりの発明である。

「【請求項１】

逆方向耐圧及び順方向電圧を定める、第１のキャリア濃度を有した、β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶エピタキシャル層よりなる第１のｎ型半導体層と、

順方向電圧を定める、前記第１のキャリア濃度よりも高い第２のキャリア濃度を有した、β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板よりなる第２のｎ型半導体層と、

前記第１のｎ型半導体層の、前記第２のｎ型半導体層と反対側の表面に設けられたショットキー電極と、

続きを表示（全16行）

前記第２のｎ型半導体層の、前記第１のｎ型半導体層と反対側の表面に設けられたオーミック電極と、を含み、

前記β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板は、基板面方位を（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させた面である、ショットキーバリアダイオード。

【請求項２】

前記第１のｎ型半導体層は、前記第１のキャリア濃度によって定まる空乏層の厚さより大きい厚さを有する請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項３】

前記第１のｎ型半導体層の前記第１のキャリア濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以下である請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項４】

前記第１のｎ型半導体層の前記第１のキャリア濃度は、１×１０１７／ｃｍ３以下である請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項５】

前記第１のｎ型半導体層の前記第１のキャリア濃度は、１×１０１６／ｃｍ３以下である請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。

【請求項６】

前記第２のｎ型半導体層の前記第２のキャリア濃度は、１×１０１８／ｃｍ３以上である請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。」

第４ 引用文献、引用発明等

１ 引用文献１について

（１）原査定の拒絶の理由に引用された引用文献１には、次の記載がある。（当審注：下線は当審による。）

「【技術分野】

【０００１】

本発明は、スイッチング制御装置及びショットキーダイオードに関する。」

「【発明を実施するための形態】

【００１１】

[実施の形態]

・・・

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【００１８】

（ショットキーダイオードの構成）

図２は、本発明の実施の形態に係るショットキーダイオードの要部断面図である。このショットキーダイオード８は、一例として、寸法が１０×１０ｍｍであり、図２に示すように、ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０と、オーミック電極８１と、ショットキー電極８２と、を備えて概略構成されている。

【００１９】

ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０は、例えば、Ｇａ２Ｏ３系の半導体基板から構成され、その厚さは、一例として、１００μｍである。

・・・

【００２８】

（ショットキーダイオードの製造方法）

以下に、本実施の形態のショットキーダイオード８の製造方法の一例について説明する。まず、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶からなるＧａ２Ｏ３基板をＦＺ（フローティングゾーン）法により作製する。最初に、β－Ｇａ２Ｏ３種結晶とβ－Ｇａ２Ｏ３多結晶素材を準備する。

【００２９】

β－Ｇａ2Ｏ３種結晶は、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶から劈開面の利用等により切り出した断面正方形の角柱状を有し、その軸方向は、ａ軸＜１００＞方位、ｂ軸＜０１０＞方位、あるいはｃ軸＜００１＞方位にある。

【００３０】

β－Ｇａ2Ｏ３多結晶素材は、例えば、純度４ＮのＧａ２Ｏ３の粉末をゴム管に充填し、それを５００ＭＰａで冷間圧縮し、１５００℃で１０時間焼結することにより得られる。

【００３１】

次に、石英管中において、全圧が１～２気圧の窒素と酸素の混合気体（１００％窒素から１００％酸素の間で変化）の雰囲気の下、β－Ｇａ２Ｏ３種結晶とβ－Ｇａ２Ｏ３多結晶との先端を互いに接触させ、その接触部分を加熱溶融する。次に、β－Ｇａ２Ｏ３多結晶の溶解物を冷却し、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶を生成する。β－Ｇａ２Ｏ３単結晶は、ｂ軸＜０１０＞方位に結晶成長させた場合は、（１００）面の劈開性が強くなるので、（１００）面に平行な面と垂直な面で切断してβ－Ｇａ２Ｏ３基板を作製する。なお、ａ軸＜１００＞方位あるいはｃ軸＜００１＞方位に結晶成長させた場合は、（１００）面および（００１）面の劈開性が弱くなるので、全ての面の加工性が良くなり、上記のような切断面の制限はない。

【００３２】

次に、６０℃の硝酸水溶液中で数分間ボイリングすることによりＧａ２Ｏ３基板をエッチングし、このＧａ２Ｏ３基板をエタノールに浸して１０分間超音波洗浄し、さらに超純水に浸して１０分間超音波洗浄した後、乾燥し、Ｇａ２Ｏ３基板の表面を清浄化させ、Ｇａ２Ｏ３基板を得る。

【００３３】

なお、エッチング後に超純水に浸して超音波洗浄してもよい。また、エタノールの代りにアセトンを用いてもよい。また、エタノール、アセトン等に浸して行う超音波洗浄を省略してもよい。また、超音波洗浄する場合、Ｇａ２Ｏ３基板を超純水、エタノール、アセトンに漬ける場合について説明したが、超純水等を吹き付けてもよく、流れる超純水等に晒してもよい。また、必ずしも洗浄を行わなくても良い。

【００３４】

上記の製造方法によりＧａ２Ｏ３基板がｎ型導電性を示すことになるのは、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶中の酸素欠陥によるため、あるいは、ｎ型のドーパントによるためである。

【００３５】

次に、スパッタ法によってｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０上に第１の膜８３及び第２の膜８４を形成する。

【００３６】

具体的には、スパッタ装置によってＤＣＰｏｗｅｒが１５０Ｗ、ガス種がＡｒ、圧力が２．０×１０－１Ｐａの条件で、ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０上に第１の膜８３としてのＴｉ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。続いて、スパッタ装置によってＤＣＰｏｗｅｒが１５０Ｗ、ガス種がＡｒ、圧力が２．０×１０－１Ｐａの条件で、第１の膜８３上に第２の膜８４としてのＡｌ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。

【００３７】

次に、ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０を裏返し、スパッタ法によってｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０上にショットキー電極８２を形成してショットキーダイオード８を得る。

【００３８】

具体的には、スパッタ装置によってショットキー電極８２としてのＡｕ膜を膜厚２００ｎｍで形成する。」

「【図２】

［図：0001388193000001.jpg］

」

（３）引用文献１に記載された発明

前記（２）の記載事項から、引用文献１には、次の発明（以下、「引用発明１」という。）が記載されていると認められる。

「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０と、

オーミック電極８１と、

ショットキー電極８２と、

を含み、

前記ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０は、半導体基板であり、

前記ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０の下側の表面に前記オーミック電極８１が設けられ、

前記ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０の上側の表面に前記ショットキー電極８２が設けられ、

前記ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０は、ｂ軸＜０１０＞方位に結晶成長させたβ－Ｇａ２Ｏ３単結晶を（１００）面に平行な面と垂直な面で切断して作成したものである、

ショットキーダイオード。」

２ 引用文献２について

（１）原査定の拒絶の理由に引用された引用文献２には、次の記載がある。

「【０００５】

ダイオードといった窒化物半導体素子のブレイクダウンの機構は以下の様である。逆バイアス状態での最大電界強度であるショットキ接合またはＰＮ接合での電界強度が臨界値を超えると、インパクトイオン化による逆方向リーク電流が急増する。これがブレイクダウン現象である。空乏層が伸びるところのエピタキシャル層の厚みが十分厚く接合部での電界強度が臨界値に到達した状態でも、空乏層がエピタキシャル層中にある場合には、ブレイクダウンは理想的である。しかし、エピタキシャル層の厚みがキャリア濃度に対して十分な厚さがなく接合部での電界強度が臨界値に到達する以前にエピタキシャル層全厚が空乏化してしまう場合（パンチスルー）、接合部での電界強度が、より早く臨界値に到達するので、前記の理想的な場合に比べて小さい印加電圧でブレイクダウンが生じる。また、エピタキシャル層と基板との界面にまで空乏層が伸びるので、界面の不完全性に起因したリーク電流が逆方向特性を悪化させてブレイクダウン電圧を低下させるという影響の可能性もある。以上のような影響によりパンチスルーが生じると、ブレイクダウン電圧が小さくなってしまう。」

「【００３０】

（第１の実施の形態）

図１は、第１の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体素子を示す図面である。この半導体素子はショットキダイオード１１である。ショットキダイオード１１は、窒化ガリウム支持基体１３と、窒化ガリウムエピタキシャル層１５と、オーミック電極１７と、ショットキ電極１９とを備える。窒化ガリウム支持基体１３は、第１の面１３ａと第１の面の反対側の第２の面１３ｂとを有しており、１×１０１８ｃｍ－３を超えるキャリア濃度を示す。窒化ガリウムエピタキシャル層１５は、第１の面１３ａ上に設けられている。オーミック電極１７は、第２の面１３ｂ上に設けられている。ショットキ電極１９は、窒化ガリウムエピタキシャル層１５上に設けられている。窒化ガリウムエピタキシャル層１５の厚さＤ１は５マイクロメートル以上１０００マイクロメートル以下である。また、窒化ガリウムエピタキシャル層１５のキャリア濃度は、１×１０１４ｃｍ－３以上１×１０１７ｃｍ－３以下である。キャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上であれば、オン抵抗を小さくできる。キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ－３以下であれば、耐圧を高くできる。

【００３１】

続きを表示（全13行）

このショットキダイオード１１によれば、窒化ガリウムエピタキシャル層１５の厚さが５マイクロメートル以上１０００マイクロメートル以下であり、且つエピタキシャル層１５のキャリア濃度が１×１０１４ｃｍ－３以上１×１０１７ｃｍ－３以下であるので、エピタキシャル層の厚みとキャリア濃度の適切な設計により、パンチスルーの生じない、理想的なブレイクダウンを実現できる。したがって、ショットキダイオード１１のブレイクダウン電圧を高めることができる。

【００３２】

ＧａＮ基板のキャリア濃度はエピタキシャル層のキャリア濃度より大きい。図１に示されるように、ショットキダイオード１１では、オーミック電極１７は、基板１３の第２の面１３ｂの全面上に設けられている。一方、ショットキ電極１９は、エピタキシャル層の表面の一部、例えば素子のほぼ中央に円形状に形成されている。ショットキ電極１９としては、例えばニッケル金（Ｎｉ／Ａｕ）を用いることができるが、この他にＰｔ／Ａｕ、Ａｕを用いてもよい。窒化ガリウム支持基体１３および窒化ガリウムエピタキシャル層１５はｎ導電型を示している。また、窒化ガリウムエピタキシャル層１５は、窒化ガリウム支持基体１３上に直接にホモエピタキシャル成長される。窒化ガリウム支持基体１３の厚みＤ２は、例えば１００マイクロメートル以上７００マイクロメートル以下であることが好ましい。

【００３３】

（実施例１）

ＨＶＰＥ法で作製された（０００１）面ＧａＮ自立基板を準備する。以下の手順によりショットキダイオードを作製する。ｎ導電型ＧａＮ自立基板のキャリア濃度は３×１０１８ｃｍ－３であり、その厚みは４００マイクロメートルである。この基板中の平均転位密度は５×１０６ｃｍ－２である。ＧａＮ自立基板上に、キャリア濃度が５×１０１５ｃｍ－３でありその厚みが２０マイクロメートルのｎ導電型エピタキシャル膜をＨＶＰＥ法により成長してエピタキシャル基板を作製する（以下、試料Ａとして参照する）。基板の裏面にオーミック電極を形成し、エピタキシャル膜上にショットキ電極を形成する。オーミック電極は、有機洗浄した後に基板の裏面全面に形成される。オーミック電極の形成では、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／３００ｎｍ）をＥＢ蒸着法により形成する。オーミック電極膜を形成した後に、摂氏６００度で約１分間の合金化を行う。ショットキ電極は、５００ｎｍの金膜を抵抗加熱蒸着法により形成する。ショットキ電極の形状は、例えば２００マイクロメートル直径の円形である。オーミック電極およびショットキ電極それぞれの形成に先立って、蒸着前に、ＨＣｌ水溶液（塩酸１：純水１）を用いて、エピタキシャル膜表面の処理を室温で１分間行う。

一方、別のＧａＮ自立基板上に、キャリア濃度が５×１０１５ｃｍ－３でありその厚みが３マイクロメートルのエピタキシャル膜をＨＶＰＥ法により成長してエピタキシャル基板を作製する（以下、試料Ｂとして参照する）。上記と同様にオーミック電極およびショットキ電極を形成する。

【００３４】

図２は、試料Ａおよび試料ＢのＩ－Ｖ特性を示す図面である。図２では、特性曲線ＣＡが試料Ａの特性を示し、特性曲線ＣＢが試料Ｂの特性を示す。図３（Ａ）は、厚いエピタキシャル膜を有するショットキダイオードの耐圧を説明するための図面であり、図３（Ｂ）は、薄いエピタキシャル膜を有するショットキダイオードの耐圧を説明するための図面である。試料Ｂの逆方向耐圧は、試料Ａの逆方向耐圧に比べて小さい。この理由として、試料Ａでは、エピタキシャル層の厚みが十分に厚いので、図３（Ａ）に示されるように、印加電圧を大きくしていくと空乏層ＤｅｐＡが基板とエピタキシャル膜との界面に到達するに前に、ショットキ電極とエピタキシャル膜との界面あたりでインパクトイオン化が発生し、これによる逆方向リーク電流が流れる。このインパクトイオン化が逆方向耐圧を決定している。試料Ｂでは、エピタキシャル膜の厚みが十分ではないので、図３（Ｂ）に示されるように、印加電圧を大きくしていくと、ショットキ電極下エピ表面でのインパクトイオン化の発生よりも先に、空乏層ＤｅｐＢが基板とエピタキシャル膜との界面に到達するパンチスルーが生じてしまい、逆方向耐圧が低下する。」

「【図１】

［図：0001388193000002.jpg］

」

「【図３】

［図：0001388193000003.jpg］

」

第５ 対比・判断

１ 本願発明１について

（１）対比

ア 引用発明１の「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０」は、「ｂ軸＜０１０＞方位に結晶成長させたβ－Ｇａ２Ｏ３単結晶を（１００）面に平行な面と垂直な面で切断して作成したもの」であるから、β－Ｇａ２Ｏ３単結晶からなる基板である。

また、引用発明１の「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０」は、「半導体基板」である。

一方、本願発明１の「第２のｎ型半導体層」は、「β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板よりなる」ものである。

よって、本願発明１の「第２のｎ型半導体層」と、引用発明１の「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０」とは、「β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板よりなる」ものであり、かつ、「ｎ型」の「半導体」である点で共通する。

以上によれば、本願発明１と引用発明１とは、「β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板よりなる第２のｎ型半導体層」を含む点で共通する。

イ 引用発明１の「オーミック電極８１」は、「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０」の「下側の表面」に設けられたものである。

よって、本願発明１と引用発明１とは、「前記第２のｎ型半導体層」の「表面に設けられたオーミック電極」を含む点で共通する。

ウ 引用発明１は、「ショットキー電極８２」を含む。

よって、本願発明１と引用発明１とは、「ショットキー電極」を含む点で共通する。

エ 引用発明１の「ショットキーダイオード」は、本願発明１の「ショットキーバリアダイオード」に相当する。

オ 以上のア～エによれば、本願発明１と引用発明１の一致点及び相違点は、次のとおりである。

＜一致点＞

「β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板よりなる第２のｎ型半導体層と、

ショットキー電極と、

前記第２のｎ型半導体層の表面に設けられたオーミック電極と、を含む、

ショットキーバリアダイオード。」

＜相違点１＞

本願発明１は、「逆方向耐圧及び順方向電圧を定める、第１のキャリア濃度を有した、β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶エピタキシャル層よりなる第１のｎ型半導体層」を含むのに対し、引用発明１は、そのようなｎ型半導体層を含まない点。

＜相違点２＞

本願発明１の「第２のｎ型半導体層」は、「順方向電圧を定める、前記第１のキャリア濃度よりも高い第２のキャリア濃度を有」するのに対し、引用発明１の「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０」のキャリア濃度が不明である点。

＜相違点３＞

本願発明１の「ショットキー電極」は、「前記第１のｎ型半導体層の、前記第２のｎ型半導体層と反対側の表面に設けられ」、「オーミック電極」は、「前記第２のｎ型半導体層の、前記第１のｎ型半導体層と反対側の表面に設けられ」ているのに対し、引用発明１は、「第１のｎ型半導体層」を備えないため、そのような表面に、「ショットキー電極８２」及び「オーミック電極８１」が設けられているか否かが不明である点。

＜相違点４＞

本願発明１の「β－Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板」は、「基板面方位を（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させた面である」のに対し、引用発明１の「ｎ型Ｇａ２Ｏ３基板８０」は、そのような基板面方位を有するものか否かが不明である点。

（２）相違点についての判断

ア 事案に鑑み相違点４から検討する。

相違点４に係る本願発明１の構成は、本願明細書の【００４５】の「また、基板面方位を（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させた面であってもよい。この場合ｎ＋半導体層３２とｎ－半導体層３１との界面を急峻にすることが出来ると共に、ｎ－半導体層３１の厚みを高精度に制御することが出来る。」との記載から、ｎ＋半導体層とｎ－半導体層との界面を急峻にすること、及び、ｎ－半導体層の厚みを高精度に制御することを考慮して、特定されているものである。

一方、引用文献１には、基板面方位に係る記載として、【００３１】に「β－Ｇａ２Ｏ３単結晶は、ｂ軸＜０１０＞方位に結晶成長させた場合は、（１００）面の劈開性が強くなるので、（１００）面に平行な面と垂直な面で切断してβ－Ｇａ２Ｏ３基板を作製する。なお、ａ軸＜１００＞方位あるいはｃ軸＜００１＞方位に結晶成長させた場合は、（１００）面および（００１）面の劈開性が弱くなるので、全ての面の加工性が良くなり、上記のような切断面の制限はない。」と記載されているものの、ｎ＋半導体層とｎ－半導体層との界面を急峻にすること、及び、ｎ－半導体層の厚みを高精度に制御することを考慮して、「基板面方位を（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させ」ることについては何ら記載がない。

更に、引用文献１には、ほかに、基板面方位に関する記載はない。

よって、引用文献１には、ｎ＋半導体層とｎ－半導体層との界面を急峻にすること、及び、ｎ－半導体層の厚みを高精度に制御することを考慮して、「基板面方位を（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させ」ることについて記載も示唆もされていない。

また、引用文献２にも、ｎ＋半導体層とｎ－半導体層との界面を急峻にすること、及び、ｎ－半導体層の厚みを高精度に制御することを考慮して、「基板面方位を（０１０）面から３７．５°以下の角度だけ回転させ」ることについて記載も示唆もされていない。

また、当該事項は、本願出願前において周知技術であるともいえない。

以上のとおりであるから、引用発明１において、相違点４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たものとはいえない。

（３）小括

よって、上記相違点１～３について判断するまでもなく、本願発明１は、引用文献１～２に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものであるとはいえない。

２ 本願発明２～６について

本願発明２～６も、相違点１～４に係る本願発明１の構成と同一の構成を備えるものであるから、本願発明１と同じ理由により、引用文献１～２に記載された発明に基づいて、当業者が容易に発明をすることができたものとはいえない。

第６ 結び

以上のとおり、本願発明１～６は、当業者が引用文献１～２に記載された発明に基づいて、容易に発明をすることができたものではない。したがって、原査定の理由によっては、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。