【事件の表示】
　特許第６３５１８７４号発明「炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置」の特許異議申立事件について、次のとおり決定する。
【結　論】
　特許第６３５１８７４号の明細書及び特許請求の範囲を訂正請求書に添付された訂正明細書及び特許請求の範囲のとおり，訂正後の請求項〔１−７〕，〔８−１０〕について訂正することを認める。
　特許第６３５１８７４号の請求項１，２及び４ないし１０に係る特許を維持する。
　特許第６３５１８７４号の請求項３に係る特許についての特許異議の申立てを却下する。
【理　由】
第１　手続の経緯
　特許第６３５１８７４号発明の請求項１ないし１０に係る特許についての出願は，平成２８年１１月３０日（優先権主張　平成２７年１２月２日）に国際出願され，平成３０年６月１５日にその特許権の設定登録がされ，平成３０年７月４日に特許掲載公報が発行された。その特許についての本件特許異議の申立ての経緯は，次のとおりである。
平成３０年１２月２７日　　　特許異議申立人　株式会社レクレアル（以下
　　　　　　　　　　　　　　，「特許異議申立人」という。）による請求
　　　　　　　　　　　　　　項１ないし１０に係る特許に対する特許異議
　　　　　　　　　　　　　　の申立て
平成３１年　３月　７日付け　取消理由通知書
令和　元年　５月　８日　　　特許権者による意見書の提出
令和　元年　７月３１日付け　取消理由通知書（決定の予告）
令和　元年１０月　２日　　　特許権者による意見書，訂正請求書（以下，
　　　　　　　　　　　　　　この訂正請求書による訂正請求を「本件訂正
　　　　　　　　　　　　　　請求」という。）の提出
令和　元年１１月　８日　　　特許異議申立人による意見書（以下，「意見
　　　　　　　　　　　　　　書」という。）の提出
第２　訂正の適否についての判断
１　訂正の内容
（１）一群の請求項１ないし７に係る訂正
　本件訂正請求による，一群の請求項１ないし７に係る訂正の内容は，以下のアないしキのとおりである（下線部は訂正箇所を示す。以下，同じ。）。
ア　訂正事項１
　特許請求の範囲の請求項１に「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも高い第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」と記載されているのを，「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、
５００ｎｍ以上の厚みを有し、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
イ　訂正事項２
　特許請求の範囲の請求項３を削除する。
ウ　訂正事項３
　特許請求の範囲の請求項４に「請求項１から３のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）」と記載されているのを，「請求項１
または２
エ　訂正事項４
　特許請求の範囲の請求項５に「請求項１から４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）」と記載されているのを，「請求項１
、２または
オ　訂正事項５
　特許請求の範囲の請求項６に「請求項１から５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）」と記載されているのを，「請求項１
、２、４または
カ　訂正事項６
　特許請求の範囲の請求項７に「請求項１から５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５３）」と記載されているのを，「請求項１
、２、４または
キ　訂正事項７
　願書に添付した明細書の段落【００１４】に「第２の炭化珪素層は、第１の炭化珪素層上に設けられており、第１の不純物濃度よりも高い第３の不純物濃度を有している。」と記載されているのを，「第２の炭化珪素層は、第１の炭化珪素層上に設けられており、
５００ｎｍ以上の厚みを有しており、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
　訂正事項１ないし６は，一群の請求項〔１−７〕に対して請求されたものである。また，明細書に係る訂正事項７は，一群の請求項〔１−７〕について請求されたものである。
（２）一群の請求項８ないし１０に係る訂正
　本件訂正請求による，一群の請求項８ないし１０に係る訂正の内容は，以下のア及びイのとおりである。
ア　訂正事項８
　特許請求の範囲の請求項８に「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも高い第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」と記載されているのを，「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、
５００ｎｍ以上の厚みを有し、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
イ　訂正事項９
　願書に添付した明細書の段落【００１５】に「第２の炭化珪素層は、第１の炭化珪素層上に設けられており、第１の不純物濃度よりも高い第３の不純物濃度を有している。」と記載されているのを，「第２の炭化珪素層は、第１の炭化珪素層上に設けられており、
５００ｎｍ以上の厚みを有しており、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
　訂正事項８は，一群の請求項〔８−１０〕に対して請求されたものである。また，明細書に係る訂正事項９は，一群の請求項〔８−１０〕について請求されたものである。
２　訂正の目的の適否，新規事項の有無，及び特許請求の範囲の拡張・変更の存否
（１）一群の請求項１ないし７について
ア　訂正事項１について
（ア）訂正の目的の適否
　訂正前の請求項１に係る特許発明では，「第２の炭化珪素層（２２）」の厚み，及び「第３の不純物濃度」については何ら特定されていない。
　これに対して，訂正事項１は，請求項１に，第２の炭化珪素層（２２）が「５００ｎｍ以上の厚みを有し」，「５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度」と限定することで，特許請求の範囲を減縮しようとするものである。
　よって，訂正事項１は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第１号に掲げる特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
（イ）新規事項の有無
　訂正事項１は，明細書の段落【００５８】，【００２３】に基づいて導き出される構成であるから，願書に最初に添付した明細書，特許請求の範囲又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
（ウ）特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項１は，訂正後の請求項１に係る発明並びに訂正後の請求項１を引用する訂正後の請求項２及び４ないし７に係る発明の技術的範囲を狭めるものであるにとどまり，それらのカテゴリーや対象，目的を変更するものではないから，実質上特許請求の範囲を拡張し，又は変更するものには該当しない。
イ　訂正事項２について
（ア）訂正の目的の適否
　訂正事項２は，訂正前の請求項３の記載を削除するものである。
　したがって，訂正事項２は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第１号に掲げる特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
（イ）新規事項の有無
　訂正事項２は，訂正前の請求項３の記載を削除するものであるから，願書に最初に添付した明細書，特許請求の範囲又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
（ウ）特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項２は，訂正前の請求項３の記載を削除するのみであるから，実質上特許請求の範囲を拡張し，又は変更するものではない。
ウ　訂正事項３ないし６について
（ア）訂正の目的の適否
　訂正事項３ないし６は，上記訂正事項２に伴い，明瞭でない記載となった請求項４ないし７を明瞭な記載とするものであるから，明瞭でない記載の釈明を目的とするものである。
　したがって，訂正事項３ないし６は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第３号に掲げる明瞭でない記載の釈明を目的とするものである。
（イ）新規事項の有無
　訂正事項３ないし６は，明瞭でない記載の釈明を目的とするものであるから，願書に最初に添付した明細書，特許請求の範囲又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
（ウ）特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項３ないし６は，明瞭でない記載の釈明を目的とするものであるから，実質上特許請求の範囲を拡張し，又は変更するものではない。
エ　訂正事項７について
（ア）訂正の目的の適否
　訂正事項７は，上記訂正事項１に伴い，明瞭でない記載となった明細書の記載を明瞭な記載とするものであるから，明瞭でない記載の釈明を目的とするものである。
　したがって，訂正事項７は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第３号に掲げる明瞭でない記載の釈明を目的とするものである。
（イ）新規事項の有無
　訂正事項７は，明瞭でない記載の釈明を目的とするものであるから，願書に最初に添付した明細書，特許請求の範囲又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
（ウ）特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項７は，明瞭でない記載の釈明を目的とするものであるから，実質上特許請求の範囲を拡張し，又は変更するものではない。
オ　一群の請求項１ないし７についてのまとめ
　以上のとおりであるから，一群の請求項１ないし７についての本件訂正請求による訂正は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第１号又は第３号に掲げる事項を目的とするものであり，かつ，同条第９項において準用する同法第１２６条第５項及び第６項の規定に適合する。
（２）一群の請求項８ないし１０について
ア　訂正事項８について
（ア）訂正の目的の適否
　訂正前の請求項８に係る特許発明では，「第２の炭化珪素層（２２）」の厚み，及び「第３の不純物濃度」については何ら特定されていない。
　これに対して，訂正事項８は，請求項８に，第２の炭化珪素層（２２）が「５００ｎｍ以上の厚みを有し」，「５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度」と限定することで，特許請求の範囲を減縮しようとするものである。
　よって，訂正事項８は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第１号に掲げる特許請求の範囲の減縮を目的とするものである。
（イ）新規事項の有無
　訂正事項８は，明細書の段落【００５８】，【００２３】に基づいて導き出される構成であるから，願書に最初に添付した明細書，特許請求の範囲又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
（ウ）特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項８は，訂正後の請求項８に係る発明並びに訂正後の請求項８を引用する訂正後の請求項９及び１０に係る発明の技術的範囲を狭めるものであるにとどまり，それらのカテゴリーや対象，目的を変更するものではないから，実質上特許請求の範囲を拡張し，又は変更するものには該当しない。
イ　訂正事項９について
（ア）訂正の目的の適否
　訂正事項９は，上記訂正事項８に伴い，明瞭でない記載となった明細書の記載を明瞭な記載とするものであるから，明瞭でない記載の釈明を目的とするものである。
　したがって，訂正事項９は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第３号に掲げる明瞭でない記載の釈明を目的とするものである。
（イ）新規事項の有無
　訂正事項９は，明瞭でない記載の釈明を目的とするものであるから，願書に最初に添付した明細書，特許請求の範囲又は図面に記載した事項の範囲内の訂正である。
（ウ）特許請求の範囲の拡張・変更の存否
　訂正事項９は，明瞭でない記載の釈明を目的とするものであるから，実質上特許請求の範囲を拡張し，又は変更するものではない。
オ　一群の請求項８ないし１０についてのまとめ
　以上のとおりであるから，一群の請求項８ないし１０についての本件訂正請求による訂正は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第１号又は第３号に掲げる事項を目的とするものであり，かつ，同条第９項において準用する同法第１２６条第５項及び第６項の規定に適合する。
（３）特許出願の際に独立して特許を受けることができること
　本件においては，訂正前の全ての請求項１ないし１０に係る特許が特許異議の申立ての対象とされているため，訂正事項１ないし９に関して，特許法第１２０条の５第９項で読み替えて準用する同法第１２６条第７項に規定する独立特許要件は課されない。
３　小括
　以上のとおりであるから，本件訂正請求による訂正は，特許法第１２０条の５第２項ただし書第１号又は第３号に掲げる事項を目的とするものであり，かつ，同条第９項において準用する同法第１２６条第５項及び第６項の規定に適合する。
　したがって，明細書，特許請求の範囲を，訂正請求書に添付された訂正明細書，特許請求の範囲のとおり，訂正後の請求項〔１−７〕及び〔８−１０〕について訂正することを認める。
第３　訂正後の本件発明
　本件訂正請求により訂正された訂正請求項１ないし１０に係る発明（以下，順に「本件発明１」ないし「本件発明１０」という。また，「本件発明１」ないし「本件発明１０」をまとめて「本件発明」という。）は，その特許請求の範囲の請求項１ないし１０に記載された次の事項により特定されるとおりのものである。
「【請求項１】
　第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と、
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と、
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）と、
　前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）と、
を備える、炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
【請求項２】
　前記第３の不純物濃度は２×１０19ｃｍ-3以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
　前記第２の不純物濃度は５×１０16ｃｍ-3以上、１×１０19ｃｍ-3以下である、請求項１または２に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
【請求項５】
　前記第４の不純物濃度は１×１０14ｃｍ-3以上、５×１０16ｃｍ-3以下である、請求項１、２または４のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
【請求項６】
　第１の面（Ｓ１）と前記第１の面（Ｓ１）と反対の第２の面（Ｓ２）とを有し、炭化珪素から作られたバッファ層（２９，２９ｖ）をさらに備え、
　前記第１の面（Ｓ１）は前記第２の炭化珪素層（２２）に面しており、前記第２の面（Ｓ２）は前記第３の炭化珪素層（２３）に面しており、前記バッファ層（２９，２９ｖ）は、前記第１の面（Ｓ１）から前記第２の面（Ｓ２）へ向かって連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有している、請求項１、２、４または５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
【請求項７】
　第１の面（Ｓ１）と前記第１の面（Ｓ１）と反対の第２の面（Ｓ２）とを有し、炭化珪素から作られたバッファ層（２９ｖ）をさらに備え、
　前記第１の面（Ｓ１）は前記第２の炭化珪素層（２２）に面しており、前記第２の面（Ｓ２）は前記第３の炭化珪素層（２３）に面しており、
　前記バッファ層（２９ｖ）の前記第１の面（Ｓ１）と前記第２の面（Ｓ２）との間の地点を中間地点とすると、前記バッファ層（２９ｖ）は、不純物濃度が、前記第１の面（Ｓ１）から前記中間地点へ向かって連続的に第１の減少率で減少し、かつ前記中間地点から前記第２の面（Ｓ２）へ向かって第２の減少率で連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有しており、
　前記第１の減少率は前記第２の減少率よりも小さい、
請求項１、２、４または５のいずれか１項に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５３）。
【請求項８】
　第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と、
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と、
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）と、
　前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）と、
　前記第３の炭化珪素層（２３）上に設けられた、前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）と、
を備える、炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。
【請求項９】
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）に電気的に接続された第１の電極（１０１，２０１，３０１）と、
　前記第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）に電気的に接続された第２の電極（１０２，２０２，３０２）と、
をさらに備える、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。
【請求項１０】
　前記第１の電極（１０１，２０１，３０１）は前記炭化珪素単結晶基板（１０）にオーミック接続されており、前記第２の電極（１０２，２０２，３０２）は前記第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）にオーミック接続されている、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。」
第４　取消理由通知に記載した取消理由について
１　取消理由の概要
　訂正前の請求項１ないし１０に係る特許に対して，当審が令和元年７月３１日付けで特許権者に通知した取消理由の要旨は，次のとおりである。
　特許請求の範囲の請求項１ないし１０に記載された発明は，発明の詳細な説明に記載されたものではないから，請求項１ないし１０に係る特許は，特許法第３６条第６項第１号に規定する要件を満たしていない特許出願に対してされたものであり，取り消されるべきものである。
２　当審の判断
（１）本件特許の課題及び課題を解決するための手段
　本件発明の課題は，段落【０００５】，【００１１】，【００１３】，【００１７】，【００２７】，【００３２】及び【００３５】の記載から，「炭化珪素の代表的な結晶欠陥のうち，基底面転位が，バイポーラ動作時の通電に伴って，活性層中へ伸長及び拡大することを妨げ，バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することができる，炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置を提供すること。」である。
　また，課題を解決する手段に関連して，
ア　炭化珪素エピタキシャル基板を用いた炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時に，第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長が第２の炭化珪素層によって妨げられることによって，バイポーラ動作時において，第３の炭化珪素層中の基底面転位の伸長および拡大に起因した通電劣化を抑制することができること。（段落【００１８】）
イ　第２の炭化珪素層２２の第３の不純物濃度の下限値は，第１の不純物濃度よりも高い必要があり，具体的には，基底面転位の伸長がほぼ防止される，５×１０18ｃｍ-3以上であること。（段落【００２８】）
ウ　（実施例２）として，不純物濃度５×１０18ｃｍ-3を有する炭化珪素基板１０と，炭化珪素基板１０上に形成された，厚さが２００ｎｍで，不純物濃度が５×１０18ｃｍ-3から５×１０17ｃｍ-3まで線形に減少するバッファ層と，バッファ層上に形成された，不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3の第１の炭化珪素層２１と，第１の炭化珪素層２１上に形成された，厚さが５００ｎｍで，不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3まで線形に増加するバッファ層と，バッファ層上に形成された，厚さが５００ｎｍで，不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3の第２の炭化珪素層２２と，第２の炭化珪素層２２上に形成された，厚さが１０μｍで，不純物濃度が５×１０19ｃｍ-3から３×１０16ｃｍ-3まで線形に減少するバッファ層２９と，バッファ層２９上に形成された，厚さが１０μｍで，不純物濃度が３×１０16ｃｍ-3の第３の炭化珪素層２３からなる，炭化珪素エピタキシャル基板５２が示されていること。（段落【００５８】，【００５９】）
が記載されている。
（２）上記記載から，本件発明１及び８の
「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と、
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と、
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し，前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）と、
　前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」
を備えることが，バイポーラ動作時の通電に伴って基底面転位が活性層中へ伸長及び拡大することを妨げ，バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することは，当業者にとって明らかであり，また，本件発明１及び８で特定される構成によっては，本件発明の課題を解決できないとはいえないから，本件発明１及び８は，当業者が本件発明の課題を解決できると認識できる範囲のものであるといえる。
　さらに，本件発明２，４ないし７及び９，１０は，上記本件発明１及び８の構成を全て備え，さらに限定したものであるから，本件発明２，４ないし７及び９，１０は，当業者が本件発明の課題を解決できると認識できる範囲のものであるといえる。
（３）よって，本件発明１，２及び４ないし１０は，発明の詳細な説明に記載されたものではないとはいえない。
第５　取消理由通知において採用しなかった特許異議申立て理由について
１　特許異議申立人の主張
　特許異議申立人は，特許異議申立書において，以下のとおり主張する。
（１）訂正前の特許請求の範囲に記載された請求項１ないし３，５，８及び９に係る特許について，特開２０１１−１１４２５２号公報（以下，「甲第１号証」という。）を証拠として提出し，特許法第２９条第１項第３号の規定に違反してされたものであるから，請求項１ないし３，５，８及び９に係る特許を取り消すべきものである。
（２）訂正前の特許請求の範囲に記載された請求項１ないし６及び８ないし１０に係る特許について，主たる証拠として甲第１号証並びに従たる証拠としてＲ．Ｌ．Ｍｙｅｒｓ−Ｗａｒｄ　ｅｔ　ａｌ．，“Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｂａｓａｌ　Ｐｌａｎｅ　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　４°Ｏｆｆ−ａｘｉｓ　４Ｈ−ＳｉＣ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｌａｙｅｒｓ”，Ｃｒｙｓｔ．　Ｇｒｏｗｔｈ　Ｄｅｓ．，２０１４（１１），ｐｐ５３３１−５３３８（以下，「甲第２号証」という。）及び特開２０１１−２３６０８５号公報（以下，「甲第３号証」という。）を提出し，特許法第２９条第２項の規定に違反してされたものであるから，請求項１ないし６及び８ないし１０に係る特許を取り消すべきものである。
（３）訂正前の特許請求の範囲に記載された請求項１ないし４及び８ないし１０に係る特許について，主たる証拠として国際公開第２００８／０８８０１９号（以下，「甲第４号証」という。）及び従たる証拠として米国特許出願公開第２０１２／０１０５０９４号明細書（以下，「甲第５号証」という。）を提出し，特許法第２９条第２項の規定に違反してされたものであるから，請求項１ないし４及び８ないし１０に係る特許を取り消すべきものである。
２　甲号証の記載等
（１）甲第１号証
　甲第１号証には，以下の記載がある。
「【特許請求の範囲】
【請求項１】
　
第１導電型の炭化珪素半導体基板と、
　
前記基板上に形成され、前記基板より低不純物濃度の第１導電型の第１の炭化珪素半導体層と、
　
前記第１の炭化珪素半導体層上に形成され、前記第１の炭化珪素半導体層より高不純物濃度の第１導電型の第２の炭化珪素半導体層と、
　
前記第２の炭化珪素半導体層上に形成され、前記第２の炭化珪素半導体層より低不純物濃度の第３の炭化珪素半導体層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
　前記炭化珪素半導体基板と前記第１の炭化珪素半導体層との間に、前記基板より低不純物濃度で前記第１の炭化珪素半導体層より高不純物濃度の第１導電型の第４の炭化珪素半導体層を有することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
　
前記第２の炭化珪素半導体層の不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
　
前記第３の炭化珪素半導体層が第１導電型であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
「【技術分野】
【０００１】
　本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　半導体パワーデバイスにおいては、オン抵抗を最小化し、耐圧を最大化するようなデバイス構造およびデバイス材料が求められる。従来は、シリコンを半導体材料として半導体パワーデバイスが製造されていた。一方、炭化珪素（ＳｉＣ）を材料に用いることでシリコンと比べて飛躍的にオン抵抗を低く、かつ、耐圧を高く設計できる。このため、次世代の半導体パワーデバイスとして炭化珪素を用いたパワーデバイスが研究されている。
【０００３】
　しかしながら、炭化珪素を用いた半導体パワーデバイスには、基板中に
基底面転位（ＢＰＤ
【０００４】
　この問題を解決するために、特許文献１には、炭化珪素のエピタキシャル成長前にＫＯＨエッチングを行う方法が開示されている。この方法によれば、ＢＰＤの周囲のエピタキシャル成長を、ＢＰＤの無い部分のエピタキシャル成長とは異なるようにコントロールする。そして、ＢＰＤのバーガーズベクトルを保存しながら、ＢＰＤをよりデバイス特性に対する影響が小さい刃状転位（ＴＥＤ：Ｔｈｒｅａｄｉｎｇ　Ｅｄｇe　Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）に転換して、デバイス活性領域のＢＰＤ密度を下げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７０１８５５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　もっとも、
パワーデバイス製造プロセスには、デバイス形成のためのイオン注入およびアニール工程がある。ＢＰＤをＴＥＤに変換する処理をしていたとしても、これらの工程で基板中に存在するＢＰＤが再活性化し、デバイス活性領域に移動する場合があることを本願発明者らは見出した。
【０００７】
　
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、ＢＰＤによる性能の劣化および信頼性の低下を防止する半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　本発明の一態様の半導体装置は、第１導電型の炭化珪素半導体基板と、前記基板上に形成され、前記基板より低不純物濃度の第１導電型の第１の炭化珪素半導体層と、前記第１の炭化珪素半導体層上に形成され、前記第１の炭化珪素半導体層より高不純物濃度の第１導電型の第２の炭化珪素半導体層と、前記第２の炭化珪素半導体層上に形成され、前記第２の炭化珪素半導体層より低不純物濃度の第３の炭化珪素半導体層と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
　本発明によれば、ＢＰＤによる性能の劣化および信頼性の低下を防止する半導体装置を提供することが可能となる。」
「【００１７】
（第１の実施の形態）
　本実施の形態の半導体装置は、第１導電型の炭化珪素半導体基板と、この基板上に形成され、基板より低不純物濃度の第１導電型の第１の炭化珪素半導体層と、第１の炭化珪素半導体層上に形成され、第１の炭化珪素半導体層より高不純物濃度の第１導電型の第２の炭化珪素半導体層と、第２の炭化珪素半導体層上に形成され、第２の炭化珪素半導体層より低不純物濃度の第３の炭化珪素半導体層と、を有することを特徴とする。そして、第３の炭化珪素半導体層が第１導電型である。
【００１８】
　
図１は、本実施の形態の半導体装置であるＭＯＳＦＥＴの構成を示す断面図である。このＭＯＳＦＥＴ１００は、第１と第２の主面を有するＳｉＣ基板（炭化珪素半導体基板）１２を備えている。
【００１９】
　この
ＳｉＣ基板１２は、不純物濃度５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度の、例えばN（窒素）をｎ型不純物として含む六方晶ＳｉＣ基板
【００２０】
　また、ＳｉＣ基板１２の第１の主面は、（０００１）方向または（０００−１）方向に対して、例えば、０度より大きく８度以下のオフ角を有している。オフ角が０度の場合は、ＳｉＣ基板１２上のエピタキシャル成長が困難になるため、オフ角は０度より大きいことが望ましい。また、オフ角が８度より大きくなると、ＳｉＣ基板を製造する際のコストが増加するため望ましくない。
【００２１】
　このＳｉＣ基板１２の第１の主面上には、ｎ型のＳｉＣのバッファ層（第４の炭化珪素半導体層）１４が形成されている。バッファ層の厚さは、例えば０．５μｍ程度である。
【００２２】
　さらに、バッファ層１４を介して
ＳｉＣ基板１２上に、ＳｉＣ基板１２よりも低不純物濃度のｎ型の第１のＳｉＣ層（第１の炭化珪素半導体層）１６を備えている。第１のＳｉＣ層１６の不純物濃度は、例えば、１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度である。
【００２３】
　なお、バッファ層１４は、高濃度のＳｉＣ基板１２上に、低不純物濃度の第１のＳｉＣ層１６をエピタキシャル成長で形成する際に、格子不整合に伴う欠陥が生ずることを防止するために挿入することが望ましい。
【００２４】
　バッファ層１４の不純物濃度は、ＳｉＣ基板１２よりも低濃度で、第１のＳｉＣ層１６よりも高濃度である。バッファ層１４により、急激な不純物濃度の変化を抑え、第１のＳｉＣ層１６を形成する際に、ＳｉＣ基板１２との格子不整合を緩和する。
【００２５】
　
第１のＳｉＣ層１６上には、第１のＳｉＣ層１６よりも高不純物濃度のｎ型の第２のＳｉＣ層（第２の炭化珪素半導体層）１８が形成されている。第２のＳｉＣ層１８の厚さは、例えば０．５〜１．５μｍ程度である。
【００２６】
　
第２のＳｉＣ層１８上には、第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度のｎ型の第３のＳｉＣ層（第３の炭化珪素半導体層）２０が形成されている。第３のＳｉＣ層２０の不純物濃度は、例えば、１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度である。
【００２７】
　
第３のＳｉＣ層２０の一部表面には、ｐ型不純物の不純物濃度１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３程度のｐ型のｐウェル領域２２が形成されている。
【００２８】
　ｐウェル領域２２の一部表面には、ｎ型不純物の不純物濃度１×１０２０ｃｍ−３程度のｎ型のソース領域２４が形成されている。ソース領域２４の深さは、ｐウェル領域２４の深さよりも浅く、例えば０．３μｍ程度である
【００２９】
　また、
ｐウェル領域２２の一部表面であって、ｎ型のソース領域２４の側方に、ｐ型不純物の不純物濃度１×１０１９〜１×１０２０ｃｍ−３程度のｐ型のｐウェルコンタクト領域２６が形成されている。
【００３０】
　さらに、ｐウェル領域２２、第３のＳｉＣ層２０の表面に連続的に、これらの領域および層を跨ぐように形成されたゲート絶縁膜２８を有している。ゲート絶縁膜２８には、例えばＳｉ酸化膜やｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜が適用可能である。
【００３１】
　そして、ゲート絶縁膜２８上には、ゲート電極３０が形成されている。ゲート電極３０には、例えばポリシリコン等が適用可能である。ゲート電極３０上には、例えば、シリコン酸化膜で形成される層間絶縁膜３２が形成されている。
【００３２】
　そして、
ソース領域２４と、ｐウェルコンタクト領域２６と電気的に接続される第１の電極（ソース・ｐウェル共通電極）３４を備えている。第１の電極（ソース・ｐウェル共通電極）３４は、例えば、Ｔｉのバリアメタル層３４ａと、バリアメタル層３４ａ上のＡｌのメタル層３４ｂとで構成される。
【００３３】
　なお、本実施の形態において、ｎ型不純物は例えば、Ｐ（リン）が好ましいが、Ｎ（窒素）、またはＡｓ（ヒ素）等を適用することも可能である。また、ｐ型不純物は例えば、Ａｌ（アルミニウム）が好ましいが、Ｂ（ボロン）等を適用することも可能である。
【００３４】
　図３は、本実施の形態の作用を説明する図である。従来のように、第１のＳｉＣ層１６と第２のＳｉＣ層１８とがない場合には、製造時のイオン注入や熱処理のプロセスあるいはデバイス動作中にＳｉＣ基板１２中に残っているＢＰＤ８６ａ（図３中の点線）が再活性化し、ＳｉＣ基板１２上面に移動し、デバイス活性領域まで到達するようなＢＰＤ８６ｂ（図３中の一点鎖線）に変化する。
【００３５】
　これに対し、これに対し、
本実施の形態によれば、プロセスやデバイス動作により、ＢＰＤ８６ａが再活性化し、ＳｉＣ基板１２上面方向に移動する際、第１のＳｉＣ層１６と第２のＳｉＣ層１８とに存在する不純物濃度差に由来する応力によりその間に引き寄せられ、第２のＳｉＣ層１８より上の層に伸びることのないＢＰＤ８６ｃ（図３中の実線）に変化する。
【００３６】
　したがって、本実施の形態によれば、再活性化したＳｉＣ基板１２内のＢＰＤがデバイス活性領域まで伸びることがない。したがって、ＢＰＤによる、デバイスのオン抵抗の増大、リーク電流の増大、ゲート絶縁膜の耐圧劣化等のデバイス特性劣化が生じない。よって、ＢＰＤによる性能の劣化および信頼性の低下が抑制された半導体装置を提供することが可能となる。
【００３７】
　なお、
第２のＳｉＣ層（第２の炭化珪素半導体層）の濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることが望ましい。
【００３８】
　次に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法は、第１導電型の炭化珪素半導体基板を準備する工程と、基板上に基板より低不純物濃度の第１導電型の第１の炭化珪素半導体層を形成する工程と、第１の炭化珪素半導体層上に第１の炭化珪素半導体層より高不純物濃度の第１導電型の第２の炭化珪素半導体層を形成する工程と、第２の炭化珪素半導体層上に第２の炭化珪素半導体層より低不純物濃度の第３の炭化珪素半導体層を形成する工程と、を有する。
【００３９】
　なお、第３の炭化珪素半導体層が第１導電型である。
【００４０】
　ここで、炭化珪素半導体基板と第１の炭化珪素半導体層との間に、基板より低不純物濃度で第１の炭化珪素半導体層より高不純物濃度の第１導電型の第４の炭化珪素半導体層を形成する工程を有することが望ましい。
【００４１】
　第２の炭化珪素半導体層の濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であることが望ましい。
【００４２】
　図４〜図６は、本実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００４３】
　まず、図４に示すように、ｎ型不純物としてＰ（リン）またはＮ（窒素）を不純物濃度５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度含み、例えば、厚さ３００μｍであり、六方晶系の結晶格子を有する低抵抗のＳｉＣ基板（炭化珪素半導体基板）１２を準備する。このＳｉＣ基板１２の主面は、（０００１）方向または（０００−１）方向に対し、オフ角が０度より大きく８度以下となっている。
【００４４】
　そして、ＳｉＣ基板１２の一方の主面上にエピタキシャル成長法により、ｎ型不純物として例えばＮを含み、厚さが０．５μｍ程度のバッファ層１４を成長させる。
【００４５】
　バッファ層１４を成長させる工程の前に、ＫＯＨエッチング等のＢＰＤをＴＥＤに変換する工程を行うことが望ましい。
【００４６】
　次に、
バッファ層１４の上に、ＳｉＣ基板１２よりも低不純物濃度のｎ型の第１のＳｉＣ層（第１の炭化珪素半導体層）１６をエピタキシャル成長法により成長させる。
【００４７】
　ここで、バッファ層１４の不純物濃度は、ＳｉＣ基板１２よりも低濃度で、第１のＳｉＣ層１６よりも高濃度である。
【００４８】
　次に、図５に示すように、
第１のＳｉＣ層１６よりも高不純物濃度のｎ型の第２のＳｉＣ層（第２の炭化珪素半導体層）１８をエピタキシャル成長法により成長させる。
【００４９】
　次に、図６に示すように、
第２のＳｉＣ層１８上に第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度のｎ型の第３のＳｉＣ層（第３の炭化珪素半導体層）２０をエピタキシャル成長法により形成する。
【００５０】
　
バッファ層１４、第１のＳｉＣ層１６、第２のＳｉＣ層１８、第３のＳｉＣ層２０は同一のエピタキシャル成長装置内で原料ガスを切り替えることにより連続成膜することが望ましい。
【００５１】
　その後、
ｐ型不純物であるＡｌを第３のＳｉＣ層２０にイオン注入し、ｐウェル領域２２を形成する。
【００５２】
　その後、公知の半導体プロセスにより、ゲート絶縁膜２８、ゲート電極３０、層間絶縁膜３２、第１の電極（ソース・ｐウェル共通電極）３４、第２の電極（ドレイン電極）３６を形成し、図１に示すＭＯＳＦＥＴが製造される。」
【図１】
【図６】
　上記記載から，甲第１号証には，以下の発明（以下，「甲第１号証発明」という。）が記載されている。
「パワーデバイス製造プロセスにおけるデバイス形成のためのイオン注入およびアニール工程による基板中の基底面転位による性能の劣化及び信頼性の低下を防止するために，
　Ｎ（窒素）をｎ型不純物として（５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度）含む六方晶ＳｉＣ基板１２と，
　ＳｉＣ基板１２上にエピタキシャル成長法により成長させた，ＳｉＣ基板より低不純物濃度（１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第１のＳｉＣ層１６と，
　第１のＳｉＣ層１６上にエピタキシャル成長法により成長させた，第１のＳｉＣ層１６より高不純物濃度（５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下）で厚さが０．５〜１．５μｍ程度のｎ型の第２のＳｉＣ層１８と，
　第２のＳｉＣ層上にエピタキシャル成長法により成長させた，第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度（１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第３のＳｉＣ層２０と，
　第３のＳｉＣ層２０の一部表面にイオン注入により形成された，ｐ型不純物の不純物濃度（１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３程度）のｐ型のｐウェル領域２２と，
　を備え，
　第１のＳｉＣ層１６，第２のＳｉＣ層１８，第３のＳｉＣ層２０は，同一のエピタキシャル成長装置内で原料ガスを切り替えることにより連続成膜されたことを特徴とする，
　半導体装置。」
（２）甲第２号証
　甲第２号証には，以下の記載がある。
「Ａ　ｈｉｇｈｌｙ　ｄｏｐｅｄ（〜７×１０１７ｃｍ−３）Ｎ＋ＢＬ　ｗａｓ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ　ｐｒｉｏｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｄｏｐｅｄ　ｅｐｉｌａｙｅｒ　ｆｏｒ　ｓｏｍｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ．」（第５３３２頁左欄６１行ないし６３行）（抄訳：示された実験では，高ドープ（〜７×１０１７ｃｍ−３）Ｎ＋ＢＬが，低ドープエピ層の前に設けられた。」
「Ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｌｙ　ｄｏｐｅｄ　ｂｕｆｆｅｒ　ｌａｙｅｒ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ＢＰＤｓ，　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ｌａｙｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｇｒｏｗｎ　ｏｎ　１／４　ｏｆ　１００ｍｍ　ｐｉｅｃｅｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｏｆ　Ｖｅｎｄｏｒ　ＩＩ　ｗｉｔｈ　ｄｏｐｉｎｇ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｒａｎｇｉｎｇ　ｆｒｏｍ　２×１０１５　ｔｏ　１×１０１７ｃｍ−３．」（第５３３６頁左欄３５行ないし３９行）（抄訳：高ドープバッファ層によるＢＰＤの変換効率の低減可能性について評価するために，２×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３の不純物濃度を有する様々なエピタキシャル層を，Ｖｅｎｄｏｒ　ＩＩ　の同一基板からの１００ｍｍの破片の１／４上に成長させた。）
（３）甲第３号証
　甲第３号証には，以下の記載がある。
「【技術分野】
【０００１】
　本発明は、エピタキシャル炭化珪素(SiC)単結晶基板及びその製造方法に関するものである。」
「【００２１】
　図７ａは図２ａと同様の場所に、本発明を適用してドーピングした場合のドーピングプロファイルであり、理想的なドーピングプロファイルが得られた時には、ドーピング密度は点線のようになる。つまり、ドーピングガスである窒素を導入しながら形成するドープ層では、C/Si比を図１における値Ｙよりも高く、１．５以上にしているため、残留キャリア密度の影響を受けることなくＮCが得られるようにドーピングされる。一方、ドーピングガスである窒素を導入せずに形成するノンドープ層では、C/Si比が図１における値Ｙである、１．０程度のため、図２ａのＮB1の残留キャリア密度を示すようになる。しかし実際には、ドープ層とノンドープ層の間のドーピング密度変化は連続的であるため、実線のようなプロファイルになる。そして、実効的なドーピング密度はＮC1程度と考えられる。」
【図７ａ】
（４）甲第４号証
　甲第４号証には，以下の記載がある。
「技術分野
[0001]　この発明は、炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル部の内部で電流通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体素子に関する。一例として、この発明は、特に、電流通電に伴い順方向電圧が経時増加する要因である積層欠陥の核となる欠陥を低減させることが可能なバイポーラ型半導体素子に関する。
　背景技術
[0002]　従来、炭化珪素(ＳｉＣ)などのワイドギャップ半導体材料は、シリコン(Ｓｉ)に比べて絶縁破壊電界強度が約１０倍高い等の優れた特性を有しており、高い耐逆電圧特性を有する高耐圧バイポーラパワー半導体素子に好適な材料として注目されている。
[0003]　ｐｉｎダイオードやバイポーラトランジスタ、ＧＴＯ(ゲートターンオフトランジスタ)、ＧＣＴ(ゲート転流型ターンオフトランジスタ)などのバイポーラ半導体素子は、ショットキーダイオードやＭＯＳＦＥＴなどのユニポーラ半導体素子に比べてビルトイン電圧が高いが、少数キャリアの注入によるドリフト層の伝導度変調によりオン抵抗が大幅に小さくなる。
[0004]　したがって、電力用途などの高電圧大電流領域では、損失を小さくするために、バイポーラ半導体素子が用いられている。ＳｉＣでこれらのバイポーラ半導体素子を構成すると、Ｓｉの素子に比べて格段に優れた性能を実現できる。
[0005]　例えば、ＳｉＣで構成した１０ｋＶの高耐圧ｐｉｎダイオード素子は、順方向電圧がＳｉのｐｉｎダイオードの約１/３であり、オフ時の速度に該当する逆回復時間が約１/２０以下と高速である。
[0006]　また、ＳｉＣで構成した１０ｋＶの高耐圧ｐｉｎダイオード素子は、電力損失をＳｉのｐｉｎダイオードの約１／５以下に低減でき、省エネルギー化に大きく貢献できる。また、ＳｉＣのｐｉｎダイオード以外にもＳｉＣのｎｐｎトランジスタやＳｉＣのＳＩＡＦＥＴ、ＳｉＣのＳＩＪＦＥＴなどが開発され、同様の電力損失低減効果が報告されている(例えば、非特許文献１を参照)。
[0007]　この他には、ドリフト層として反対極性のｐ型半導体層を用いたＳｉＣのＧＴＯなども開発されている(例えば、非特許文献２を参照)。
[0008]　ＳｉＣを用いて半導体素子を作製する場合、ＳｉＣ単結晶の拡散係数が極めて小さいために不純物を深く拡散させることが困難である。このことから、ＳｉＣバルク単結晶基板上に、基板と同一の結晶型で、所定の膜厚および不純物濃度を有する単結晶膜をエピタキシャル成長させることが多い。
[0009]　図６に示すように、ドリフト層の不純物濃度は、素子が要求する耐電圧値によって決まる。例えば、耐電圧値２０ｋＶの半導体素子を作製する場合、不純物濃度が５×１０１４ｃｍ−３以下のドリフト層が必要である。なお、図６において、縦軸の「１Ｅ＋１４」,「１Ｅ＋１５」,「１Ｅ＋１６」は、それぞれ、１×１０１４,１×１０１５,１×１０１６を表している。
[0010]　ところで、このようにして得られた従来のバイポーラ半導体素子には、マテリアルズ　サイエンス　フォーラム　ボリューム３８９−３９３(２００２)第１２５９−１２６４頁［Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｒｕｍ　Ｖｏｌｓ.３８９−３９３(２０００)　ｐｐ.１２５９−１２６４］で報告されているように、新品のバイポーラ半導体素子に通電を開始してから通電時間(使用時間)が増えるに従い経時変化により順方向電圧が増大する現象がある。
[0011]　この現象を「順方向電圧劣化」と呼ぶ。新品のバイポーラ半導体素子に順方向に、電流密度１００Ａ／ｃｍ２で１時間通電したとき、通電開始直後と１時間通電後の電流密度１００Ａ／ｃｍ２での「順方向電圧差ΔＶｆ」で順方向電圧劣化の度合いを表す。
[0012]　ＳｉＣ基板中には、貫通らせん転位(ＴＳＤ)、貫通刃状転位(ＴＥＤ)といったｃ軸方向に平行な貫通タイプの線欠陥とｃ軸に垂直な基底面転位(ＢＰＤ)といった線欠陥が含まれている。線欠陥のほとんどは、エピタキシャル成長の成長方向(ｃ軸方向)と平行なＴＳＤとＴＥＤである。これは、成長界面付近の転位には、界面と垂直になるような力が働くため、ｃ軸と垂直なＢＰＤはＴＥＤに変換されるためと考えられる。
[0013]　しかし、ＢＰＤの一部は、ＴＥＤに変換されず、ＢＰＤのまま存在する。更にエピタキシャル成長時に、基板とエピタキシャル層の界面から発生するＢＰＤが存在することも報告されている(例えば、非特許文献３を参照)。
[0014]　上述のＴＳＤやＴＥＤといった線欠陥、およびフランクタイプの積層欠陥は安定であることが知られている。しかし、ＢＰＤは安定ではなく、積層欠陥に拡張してしまうことが報告されている。
[0015]　ＢＰＤは、ｃ面内に存在する完全転位とよばれる線欠陥で、これは、簡単に二つのショックレーの部分転位に分解する。二つの部分転位は反発し合う力が働くので、ＢＰＤの分解が容易に起こる。この二つの部分転位の間には、面欠陥が存在し、積層欠陥となる。
[0016]　この部分転位と積層欠陥を含めたものは拡張転位と呼ばれている。積層欠陥は面積に比例するエネルギーを持つので、部分転位の反発力と釣り合うところで、積層欠陥の拡張は一旦止まり、エピタキシャル膜の結晶中に拡張転位として存在する。
[0017]　ＳｉＣ中で、この二つの部分転位の一方はＳｉをコアとして持ち、もう片方はＣをコアとして持っている。Ｓｉコアを持つ部分転位はＳｉＣ中の再結合発光程度の比較的低いエネルギーで積層欠陥を広げる方に動くことが報告されている。この時、Ｃコアを持つ部分転位は動かない。この結果、
バイポーラデバイス中での電子と正孔の再結合発光により、積層欠陥が広がっていく。
[0018]　
この広がった積層欠陥は、キャリアのライフタイムキラーとして働き、積層欠陥の存在するエリアでは、十分な伝導度変調が起こらない。このため、電流は、積層欠陥の存在しないエリアに集中し、電流の流れる面積が小さくなる。
[0019]　
その結果、オン電圧が上昇する現象が発生する。その結果、素子内部での電力損失が著しく増大し、素子内部での発熱により素子が破壊されてしまう場合が生じる。
[0020]
　以上のように、ＳｉＣバイポーラ素子は、Ｓｉ素子に比べて大変優れた初期特性を有しているにもかかわらず、この順方向電圧劣化のため信頼性が低い。そのため、長時間運転可能で電力損失が少なくかつ信頼性の高いインバーター等の電力変換装置を実現することが困難であった。このため、ＳｉＣバイポーラ素子では、順方向電圧劣化を低減させるという課題があった。
非特許文献１：松波弘之編著、「半導体ＳｉＣ技術と応用」、日刊工業新聞社刊、(２００３年 ３月３１日初版発行)、２１８−２２１頁、
非特許文献２：Ａ.Ｋ.Ａｇａｒｗａｌ　ｅｔ.ａｌ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｒｕｍ　Ｖｏｌｕｍｅ　３８９−３９３、２０００年、１３４９−１３５２頁
非特許文献３：H.Tsuchida　ｅｔ.ａｌ、JapaneseJournal of Applied Physics，Ｖol.４４，No.２５，２００５年、Ｌ８０６−Ｌ８０８頁
　発明の開示
　発明が解決しようとする課題
[0021]　そこで、
この発明の課題は、順方向電圧の増加を抑制できるバイポーラ型半導体素子を提供することにある。
　発明が解決するための手段
[0022]　
上記課題を解決するため、この発明のバイポーラ型半導体素子は、炭化珪素単結晶基板と、
　
上記炭化珪素単結晶基板上に形成されると共に通電時に電子と正孔が再結合する炭化珪素エピタキシャル部とを備え、
　
上記炭化珪素エピタキシャル部は、不純物濃度が１×１０１３ｃｍ−３以下であるドリフト層を有していることを特徴としている。
[0023]　
この発明のバイポーラ型半導体素子によれば、ドリフト層の不純物濃度を１×１０１３ｃｍ−３以下としたことによって、順方向電圧劣化を抑制することが可能となる。
[0024]　半導体デバイス中のバンド構造は、例えば、ｉ層として５×１０１４ｃｍ−３のドナー不純物濃度をもつ耐電圧２０ｋＶのｐｉｎダイオードの場合、図７に示すようになる。積層欠陥が形成される準位ＥＳＦは、導電帯のレベルＥｃよりも０.２２ｅＶだけ下に位置する。このとき、室温でのフェルミレベルＥｆは、導電帯のレベルＥｃよりも、０.２２ｅＶだけ下に形成されている。このとき、ｉ層の濃度は必要以上に高純度化しないのが普通である。
[0025]　ここで、図８に示すように、ｉ層のフェルミレベルＥｆは不純物濃度が下がることによって低下する。例えば、ｉ層の不純物濃度を１×１０１３ｃｍ−３とすると、図９に示すように、室温でのフェルミレベルＥｆは、導電帯のレベルＥｃよりも０.３３ｅＶだけ下に形成される。この場合、フェルミレベルＥｆよりも上にある積層欠陥の準位ＥＳＦは電子で占有されていない。
[0026]　したがって、
ｉ層を高純度化すると、積層欠陥はライフタイムキラーとして働き難くなり、順方向電圧劣化を抑制することが可能となる。
[0027]　また、この発明は、上記炭化珪素単結晶基板と炭化珪素エピタキシャル膜が、六方晶である場合に好ましく適用される。より具体的には、この発明は、上記炭化珪素単結晶基板と炭化珪素エピタキシャル膜が、六方晶四回周期型、六方晶六回周期型、六方晶二回周期型のうちのいずれかである場合に好ましく適用される。また、この発明は、上記炭化珪素単結晶基板と炭化珪素エピタキシャル膜が、菱面十五回周期型である場合に好ましく適用される。
[0028]　通常は、１０ｋＶ程度の耐電圧を満たすためには、不純物濃度を５×１０１４ｃｍ−３〜１×１０１５ｃｍ−３ とする最低限の高純度化を行い、製造が難しくなると共にコスト高を招くような必要以上の高純度化は行わない。これに対し、本発明では、耐電圧のために要する最低限の不純物濃度の高純度化を越える高純度化を行ったことで、順方向電圧の増加を抑制できたものである。
[0029]　なお、一実施形態のバイポーラ型半導体素子では、上記ドリフト層の不純物濃度を、０.８×１０１３ｃｍ−３以上とした。
[0030]　この実施形態では、高純度化のための製造上の困難さを抑えつつ、順方向電圧の増加を抑制することが可能となる。
[0031]　この発明の炭化珪素バイポーラ型半導体素子によれば、ドリフト層の不純物濃度を１×１０１３ｃｍ−３以下としたことによって、順方向電圧の増加を抑制できる。」
「[0034]　（第１の実施の形態）
　図１は、この発明のバイポーラ半導体素子の第１実施形態としてのｐｎ接合ダイオード(ｐｉｎダイオード)２０の断面図である。この
第１実施形態では、第１の導電型としてのｎ型の４Ｈ型ＳｉＣで作製した基板２１の上に、以下に説明する半導体層を形成する。なお、４Ｈ型の「Ｈ」は六方晶を表し、４Ｈ型の「４」は原子積層が４層周期となる結晶構造を表している。
[0035]　
上記ｎ型の４Ｈ型ＳｉＣ基板２１上に、順次、不純物濃度が１×１０１３ｃｍ−３のｎ型４Ｈ−ＳｉＣ、ｐ型(第２の導電型)４Ｈ−ＳｉＣをエピタキシャル成長させて、後述するように、エピタキシャルｐｉｎダイオード２０を作製
[0036]　図１に示すｎ型の４Ｈ型ＳｉＣ基板２１は、改良レーリー法によって成長させたインゴットをオフ角θを８度にしてスライスし、鏡面研磨することによって作製した。
ホール効果測定法によって求めたＳｉＣ基板２１のキャリヤ密度は５×１０１８ｃｍ−３
[0037]　
カソードとなる基板２１の上に、ＣＶＤ法によって窒素ドープｎ型ＳｉＣ層(ｎ型成長層)とアルミニウムドープｐ型ＳｉＣ層(ｐ型成長層)を順次エピタキシャル成長で形成する。上記窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるｎ型成長層が、図１に示すｎ型のバッファ層２２とｎ型のドリフト層２３となる。バッファ層２２はドナー密度７×１０１７ｃｍ−３、膜厚は１０μｍである。このバッファ層２２は必ずしも必要ではなくこれを形成しない場合もある。一方、ドリフト層２３はドナー密度１×１０１３ｃｍ−３、膜厚は２００μｍ
[0038]　一方、
上記アルミニウムドープｐ型ＳｉＣ層であるｐ型成長層が、アノードとなるｐ型接合層２４とｐ＋型コンタクト層２５となる。このｐ型接合層２４はアクセプタ密度５×１０１７ｃｍ−３、膜厚は１.５μｍである。また、ｐ＋型コンタクト層２５はアクセプタ密度約１×１０１８ｃｍ−３、膜厚は０.５μｍである。
「[0054]　次に、
基板２１の下面に、Ｎｉ(厚さ３５０ｎｍ)を形成しカソード電極２８とする。Ｐ＋型コンタクト層２５上に、Ｔｉ(チタン：厚さ３５０ｎｍ)とＡｌ(アルミニウム：厚さ１００ｎｍ)の膜をそれぞれを蒸着し、アノード電極２９とする。アノード電極２９は、Ｔｉ層２９ａとＡｌ層２９ｂから構成されている。最後に、１０００℃で２０分間の熱処理を行って、カソード電極２８およびアノード電極２９をそれぞれオーミック電極にする。
［図１］
（なお，図１の７０の数字は，２０の誤記であると認められる。）
　上記記載から，甲第４号証には，以下の発明（以下，「甲第４号証発明」という。）が記載されている。
「バイポーラデバイス中での電子と正孔の再結合発光により，積層欠陥が広がり，オン電圧が上昇することによる，順方向電圧の増加を抑制するために，ｉ層を高純度化し，積層欠陥がライフタイムキラーとして働き難くし，順方向電圧劣化を抑制することが可能となるバイポーラ型半導体素子であって，
　第１の導電型としてのｎ型の４Ｈ型ＳｉＣで作成したキャリア密度が５×１０１８ｃｍ−３の基板２１を備え，
　ＳｉＣ基板２１上に，窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるドナー密度７×１０１７ｃｍ−３，膜厚１０μｍのｎ型のバッファ層２２と，
　バッファ層２２上に，窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるドナー密度１×１０１３ｃｍ−３，膜厚２００μｍのｎ型のドリフト層２３と，
　をエピタキシャル成長させ，
　ドリフト層２３上に，ｐ型４Ｈ−ＳｉＣをエピタキシャル成長させる，
　ｐｎ接合ダイオード(ｐｉｎダイオード)２０。」
（５）甲第５号証
　甲第５号証には，以下の記載がある。
「ABSTRACT
…Further, a defect termination layer (DTL) is arranged between the substrate and the collector region. A thickness and a doping level of the DTL are configured to terminate basal plane dislocations in the DTL and reduce the growth of defects from the DTL to the collector region. At least some of the embodiments are advantageous in that SiC BJTs with improved stability are provided. Further, a method of evaluating the degradation performance of a SiC BJT is provided.」（抄訳：要約
　…また，欠陥終端層（ＤＴＬ）が基板とコレクタ領域の間に配置されている。ＤＴＬの厚さとドーピングレベルは，ＤＴＬ内の基底面転位が終端され，ＤＴＬからコレクタ領域までの欠陥成長が低減できるように設定される。実施形態の少なくともいくつかは，改良された安定性を有するＳｉＣ系ＢＪＴが設けられている点において，有利である。また，ＳｉＣ系ＢＪＴの劣化性能を評価する方法が提供される。）
「[0030] … Although at least some of the embodiments are not limited to the following values, the doping levels are normally in the mid 1015 cm-3 range forthe collector region,….」（抄訳：［００３０］…　実施形態の少なくともいくつかは下記の数値に限定されないが，通常，コレクタ領域におけるドーピングレベルは，１０１５ｃｍ−３半ばである，…。）
「[0059] According to another embodiment, the doping level of the Nitrogen in the DTL is comprised in the range of 3×1018to 2×1019cm-3, and more preferably in the range of 5×1018to 1×1019cm-3,which is advantageous in that the growth of SFs from the bulk of the DTL into the collector layer is reduced. ….」（抄訳：別の実施形態では，ＤＬＴに含まれている窒素のドーピングレベルが３×１０１８〜２×１０１９ｃｍ−３，より好ましくは５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３であるため，コレクタレベル内にてＤＴＬのバルクからＳＦの成長が抑制される点で有利である。…。）
３　対比・判断
（１）本件発明１について
ア　本件発明１と甲第１号証発明について
（ア）本件発明１の「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」と甲第１号証発明の「Ｎ（窒素）をｎ型不純物として（５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度）含む六方晶ＳｉＣ基板１２」とを対比する。
　甲第１号証発明の「ｎ型」，「六方晶ＳｉＣ基板１２」は，それぞれ本件発明１の「一の導電型」，「炭化珪素単結晶基板」に相当するから，本件発明１と甲第１号証発明とは，「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」を備える点で一致する。
（イ）本件発明１の「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」と甲第１号証発明の「ＳｉＣ基板１２上にエピタキシャル成長法により成長させた，ＳｉＣ基板より低不純物濃度（１×１０１５〜１×０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第１のＳｉＣ層１６」とを対比する。
　甲第１号証発明の「第１のＳｉＣ層１６」は，本件発明１の「第１の炭化珪素層」に相当し，「ＳｉＣ基板１２上」に成長させた，「ＳｉＣ基板より低不純物濃度（１×１０１５〜１×０１６ｃｍ−３程度）のｎ型不純物を備える第１のＳｉＣ層１６」であるから，本件発明１と甲第１号証発明とは，「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」を備える点で一致する。
（ウ）本件発明１の「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」と甲第１号証発明の「第１のＳｉＣ層１６上にエピタキシャル成長法により成長させた，第１のＳｉＣ層１６より高不純物濃度（５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下）で厚さが０．５〜１．５μｍ程度のｎ型の第２のＳｉＣ層１８」とを対比する。
　甲第１号証発明の「第２のＳｉＣ層１８」は，本件発明１の「第２の炭化珪素層」に相当し，「第１のＳｉＣ層１６上」に成長させた，「第１のＳｉＣ層１６より高不純物濃度（５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下）で厚さが０．５〜１．５μｍ程度のｎ型の第２のＳｉＣ層１８」であるから，本件発明１と甲第１号証発明とは，「前記第１の炭化珪素層上に設けられ，５００ｎｍ以上の厚みを有し，５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層」を備える点で一致する。
（エ）本件発明１の「前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」と甲第１号証発明の「第２のＳｉＣ層上にエピタキシャル成長法により成長させた，第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度（１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第３のＳｉＣ層２０」とを対比する。
　甲第１号証発明の「第３のＳｉＣ層２０」は，本件発明１の「第３の炭化珪素層」に相当し，「第２のＳｉＣ上」に成長させた，「第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度（１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第３のＳｉＣ層２０」であるから，本件発明１と甲第１号証発明とは，「前記第２の炭化珪素層上に設けられ，前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」を備える点で一致する。
（オ）甲第１号証発明は，「六方晶ＳｉＣ基板１２」と，「エピタキシャル成長法により成長させた」，「第１のＳｉＣ層１６」と，「エピタキシャル成長法により成長させた」，「第２のＳｉＣ層１８」と，「エピタキシャル成長法により成長させた」，「第３のＳｉＣ層２０」とを備え，「第１のＳｉＣ層１６，第２のＳｉＣ層１８，第３のＳｉＣ層２０は，同一のエピタキシャル成長装置内」で「連続成膜され」ているから，この連続成膜により成長された「六方晶ＳｉＣ基板１２」ないし「第３のＳｉＣ層２０」を備える基板は，本件発明１の「炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）」に相当する。
（カ）そうすると，本件発明１と甲第１号証発明とは以下の点で一致し，また相違する。
［一致点］
「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と，
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と，
　前記第１の炭化珪素層上に設けられ，５００ｎｍ以上の厚みを有し，５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層と，
　前記第２の炭化珪素層上に設けられ，第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）と，
を備える，炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。」
［相違点１］
　「前記第１の炭化珪素層上に設けられ，５００ｎｍ以上の厚みを有し，５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層」について，本件発明１は「第３の不純物濃度」が「前記第１の不純物濃度よりも高」いのに対して，甲第１号証発明は「ＳｉＣ基板１２」の不純物濃度が５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度であり，「第２のＳｉＣ層１８」の不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下であるから，「第２のＳｉＣ層１８」の不純物濃度が「ＳｉＣ基板１２」の不純物濃度以下である点。
［相違点２］
　「前記第２の炭化珪素層上に設けられ，第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層」について，本件発明１は「第３の炭化珪素層（２３）」の不純物濃度が「前記第２の不純物濃度よりも低い」のに対して，甲第１号証発明は「第３のＳｉＣ層２０」の不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度であり，「第１のＳｉＣ層１６」の不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度であるから，その不純物濃度の大小関係が不明である点。
（キ）当審判断
　事案に鑑み，［相違点１］について検討する。
　甲第１号証発明は，［相違点１］に係る「第３の不純物濃度」と「第１の不純物濃度」の関係を有しておらず，本件発明１は甲第１号証発明と同一であるとはいえないから，甲第１号証に記載された発明ではない。
　また，甲第２号証及び甲第３号証には，炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時に，第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長及び拡大を防止することは記載されていないから，甲第１号証発明に甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項を適用し，［相違点１］に係る構成を備えるようにすることが容易であったともいえない。
　そして，本件発明１は［相違点１］に係る構成を備えることにより，「バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することができる」（段落【００１３】）という，格別の効果を奏するものである。
　したがって，他の相違点について検討するまでもなく，本件発明１は，甲第１号証に記載された発明ではなく，また甲第１号証発明並びに甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものでもない。
イ　本件発明１と甲第４号証発明について
（ア）本件発明１の「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」と甲第４号証発明の「第１の導電型としてのｎ型の４Ｈ型ＳｉＣで作成したキャリア密度が５×１０１８ｃｍ−３の基板２１」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ｎ型」及び「４Ｈ型ＳｉＣで作成した」「基板２１」は，それぞれ本件発明１の「一の導電型」及び「炭化珪素単結晶基板」に相当するから，本件発明１と甲第４号証発明とは，「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」を備える点で一致する。
（イ）本件発明１の「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」と甲第４号証発明の「ＳｉＣ基板２１上に，窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるドナー密度７×１０１７ｃｍ−３，膜厚１０μｍのｎ型のバッファ層２２」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ｎ型ＳｉＣ層である」「ｎ型のバッファ層２２」は，本件発明１の「第１の炭化珪素層」に相当し，「ドナー密度７×１０１７ｃｍ−３」の「ｎ型のバッファ層２２」であり，「基板２１」のキャリア密度５×１０１８ｃｍ−３より低い不純物濃度となるから，本件発明１と甲第４号証発明とは，「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」を備える点で一致する。
（ウ）本件発明１の「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」及び「前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」と甲第４号証発明の「バッファ層２２上に，窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるドナー密度１×１０１３ｃｍ−３，膜厚２００μｍのｎ型のドリフト層２３」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ＳｉＣ層である」「ｎ型のドリフト層２３」は，本件発明１の「前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」及び「前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」に対応し，両者は「バッファ層２２上に」設けられたといえるから，本件発明１と甲第４号証発明とは，「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられた，前記一の導電型の炭化珪素層」である点で共通する。
（エ）甲第４号証発明の「バッファ層２２」及び「ドリフト層２３」は，「ＳｉＣ基板２１」上にエピタキシャル成長させた窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるから，甲第４号証発明の「基板２１」，「バッファ層２２」及び「ドリフト層２３」は，本件発明１の「炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）」に相当する。
（オ）そうすると，本件発明１と甲第４号証発明とは以下の点で一致し，また相違する。
［一致点］
「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と，
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と，
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられた，前記一の導電型の炭化珪素層と，
を備える，炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。」
［相違点３］
　「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられた，前記一の導電型の炭化珪素層」について，本件発明１は「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し，前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」と「前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」からなるのに対して，甲第４号証発明は複数の層からなるものでなく，また，不純物濃度及び他の層の不純物濃度との大小関係並びに膜厚が異なる点。
（カ）当審判断
　［相違点３］について検討する。
　甲第４号証発明は，バイポーラデバイス中での電子と正孔の再結合発光により，積層欠陥が広がり，オン電圧が上昇することによる，順方向電圧の増加を抑制するために，ｉ層を高純度化し，積層欠陥がライフタイムキラーとして働き難くし，順方向電圧劣化を抑制することが可能となるバイポーラ型半導体素子であるから，［相違点３］に係る他の層との不純物濃度の大小関係とすることが容易であるとはいえない。
　即ち，甲第４号証発明は，積層欠陥が広がることを防止するために，ｉ層，即ち「ドリフト層２３」を高純度化するものであるから，「ドリフト層２３」と「バッファ層２２」とが接する部分に，低純度の層，即ちドナー密度の高い層を設け，その層を「基板２１」よりキャリア密度の高い層とし，［相違点３］に係る構成とすることには動機付けがない。
　加えて，甲第５号証には，炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時に，第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長及び拡大を防止するために，「第３の不純物濃度」を「第１の不純物濃度」より高くすることは記載されていないから，甲第４号証発明に甲第５号証に記載された事項を適用し，［相違点３］に係る構成を備えるようにすることが容易であったともいえない。
　また，本件発明１は［相違点３］に係る構成を備えることにより，「バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することができる」（段落【００１３】）という，格別の効果を奏するものである。
　したがって，本件発明１は，甲第４号証発明及び甲第５号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものではない。
ウ　本件発明１についてのまとめ
　以上のとおりであるから，本件発明１は，特許法第２９条第１項第３号に該当するとはいえず，また，同条第２項の規定に違反しているともいえない。
（２）本件発明２及び４ないし６について
　本件発明２及び５は，本件発明１に係る構成を全て備えているから上記（１）アと同様の理由により，甲第１号証に記載された発明ではない。
　また，本件発明２及び４ないし６は，本件発明１に対し，さらに，「前記第３の不純物濃度は２×１０19ｃｍ-3以下である」（請求項２），「前記第２の不純物濃度は５×１０16ｃｍ-3以上、１×１０19ｃｍ-3以下である」（請求項４），「前記第４の不純物濃度は１×１０14ｃｍ-3以上、５×１０16ｃｍ-3以下である」（請求項５）及び「第１の面（Ｓ１）と前記第１の面（Ｓ１）と反対の第２の面（Ｓ２）とを有し、炭化珪素から作られたバッファ層（２９，２９ｖ）をさらに備え、前記第１の面（Ｓ１）は前記第２の炭化珪素層（２２）に面しており、前記第２の面（Ｓ２）は前記第３の炭化珪素層（２３）に面しており、前記バッファ層（２９，２９ｖ）は、前記第１の面（Ｓ１）から前記第２の面（Ｓ２）へ向かって連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有している」（請求項６）という技術的事項を追加したものであるから，上記（１）アと同様の理由により，甲第１号証発明並びに甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものではない。
　加えて，本件発明２及び４は，本件発明１に対し，さらに，「前記第３の不純物濃度は２×１０19ｃｍ-3以下である」（請求項２）及び「前記第２の不純物濃度は５×１０16ｃｍ-3以上、１×１０19ｃｍ-3以下である」（請求項４）という技術的事項を追加したものであるから，上記（１）イと同様の理由により，甲第４号証発明及び甲第５号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものではない。
　したがって，本件発明２及び５は，特許法第２９条第１項第３号に該当するとはいえず，また，本件発明２及び４ないし６は，同条第２項の規定に違反しているともいえない。
（３）本件発明８について
ア　本件発明８と甲第１号証発明について
（ア）本件発明８の「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」と甲第１号証発明の「Ｎ（窒素）をｎ型不純物として（５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度）含む六方晶ＳｉＣ基板１２」とを対比する。
　甲第１号証発明の「ｎ型」，「六方晶ＳｉＣ基板１２」は，それぞれ本件発明８の「一の導電型」，「炭化珪素単結晶基板」に相当するから，本件発明８と甲第１号証発明とは，「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」を備える点で一致する。
（イ）本件発明８の「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」と甲第１号証発明の「ＳｉＣ基板１２上にエピタキシャル成長法により成長させた，ＳｉＣ基板より低不純物濃度（１×１０１５〜１×０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第１のＳｉＣ層１６」とを対比する。
　甲第１号証発明の「第１のＳｉＣ層１６」は，本件発明８の「第１の炭化珪素層」に相当し，「ＳｉＣ基板１２上」に成長させた，「ＳｉＣ基板より低不純物濃度（１×１０１５〜１×０１６ｃｍ−３程度）のｎ型不純物を備える第１のＳｉＣ層１６」であるから，本件発明８と甲第１号証発明とは，「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」を備える点で一致する。
（ウ）本件発明８の「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」と甲第１号証発明の「第１のＳｉＣ層１６上にエピタキシャル成長法により成長させた，第１のＳｉＣ層１６より高不純物濃度（５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下）で厚さが０．５〜１．５μｍ程度のｎ型の第２のＳｉＣ層１８」とを対比する。
　甲第１号証発明の「第２のＳｉＣ層１８」は，本件発明８の「第２の炭化珪素層」に相当し，「第１のＳｉＣ層１６上」に成長させた，「第１のＳｉＣ層１６より高不純物濃度（５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下）で厚さが０．５〜１．５μｍ程度のｎ型の第２のＳｉＣ層１８」であるから，本件発明８と甲第１号証発明とは，「前記第１の炭化珪素層上に設けられ，５００ｎｍ以上の厚みを有し，５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層」を備える点で一致する。
（エ）本件発明８の「前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」と甲第１号証発明の「第２のＳｉＣ層上にエピタキシャル成長法により成長させた，第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度（１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第３のＳｉＣ層２０」とを対比する。
　甲第１号証発明の「第３のＳｉＣ層２０」は，本件発明１の「第３の炭化珪素層」に相当し，「第２のＳｉＣ上」に成長させた，「第２のＳｉＣ層１８よりも低不純物濃度（１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度）のｎ型の第３のＳｉＣ層２０」であるから，本件発明８と甲第１号証発明とは，「前記第２の炭化珪素層上に設けられ，前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」を備える点で一致する。
（オ）本件発明８の「前記第３の炭化珪素層（２３）上に設けられた、前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）」と甲第１号証発明の「第３のＳｉＣ層２０の一部表面にイオン注入により形成された，ｐ型不純物の不純物濃度（１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３程度）のｐ型のｐウェル領域２２」とを対比する。
　甲第１号証発明の「ｐ型」は，本件発明８の「前記一の導電型と異なる導電型」に相当し，甲第１号証発明の「ｐ型のｐウェル領域２２」は，「第３のＳｉＣ層２０の一部表面にイオン注入により形成され」た領域であるから，本件発明８と甲第１号証発明とは，「前記第３の炭化珪素層（２３）上に設けられた，前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）」を備える点で一致する。
（カ）甲第１号証発明は「六方晶ＳｉＣ基板１２」，「第１のＳｉＣ層１６」，「第２のＳｉＣ層１８」，「第３のＳｉＣ層２０」及び「第３のＳｉＣ層２０の一部表面にイオン注入により形成され」「ｐウェル領域２２」を備えた「半導体装置」であるから，この「半導体装置」は，本件発明８の「炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）」に相当する。
（キ）そうすると，本件発明８と甲第１号証発明とは以下の点で一致し，また相違する。
［一致点］
「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と，
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と，
　前記第１の炭化珪素層上に設けられ，５００ｎｍ以上の厚みを有し，５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層と，
　前記第２の炭化珪素層上に設けられ，第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）と，
　前記第３の炭化珪素層（２３）上に設けられた，前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）と，
を備える，炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。」
［相違点４］
　「前記第１の炭化珪素層上に設けられ，５００ｎｍ以上の厚みを有し，５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層」について，本件発明８は「第３の不純物濃度」が「前記第１の不純物濃度よりも高」いのに対して，甲第１号証発明は「ＳｉＣ基板１２」の不純物濃度が５×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３程度であり，「第２のＳｉＣ層１８」の不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上，５×１０１８ｃｍ−３以下であるから，「第２のＳｉＣ層１８」の不純物濃度が「ＳｉＣ基板１２」の不純物濃度以下である点。
［相違点５］
　「前記第２の炭化珪素層上に設けられ，第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層」について，本件発明８は「第３の炭化珪素層（２３）」の不純物濃度が「前記第２の不純物濃度よりも低い」のに対して，甲第１号証発明は「第３のＳｉＣ層２０」の不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度であり，「第１のＳｉＣ層１６」の不純物濃度が１×１０１５〜１×１０１６ｃｍ−３程度であるから，その不純物濃度の大小関係が不明である点。
（ク）当審判断
　事案に鑑み，［相違点４］について検討する。
　甲第１号証発明は，［相違点４］に係る「第３の不純物濃度」と「第１の不純物濃度」の関係を有しておらず，本件発明８は甲第１号証発明と同一であるとはいえないから，甲第１号証に記載された発明ではない。
　また，甲第２号証及び甲第３号証には，炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時に，第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長及び拡大を防止することは記載されていないから，甲第１号証発明に甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項を適用し，［相違点４］に係る構成を備えるようにすることが容易であったともいえない。
　そして，本件発明８は［相違点４］に係る構成を備えることにより，「バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することができる」（段落【００１３】）という，格別の効果を奏するものである。
　したがって，他の相違点について検討するまでもなく，本件発明８は，甲第１号証に記載された発明ではなく，また甲第１号証発明並びに甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものでもない。
イ　本件発明８と甲第４号証発明について
（ア）本件発明８の「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」と甲第４号証発明の「第１の導電型としてのｎ型の４Ｈ型ＳｉＣで作成したキャリア密度が５×１０１８ｃｍ−３の基板２１」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ｎ型」及び「４Ｈ型ＳｉＣで作成した」「基板２１」は，それぞれ本件発明８の「一の導電型」及び「炭化珪素単結晶基板」に相当するから，本件発明８と甲第４号証発明とは，「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）」を備える点で一致する。
（イ）本件発明８の「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」と甲第４号証発明の「ＳｉＣ基板２１上に，窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるドナー密度７×１０１７ｃｍ−３，膜厚１０μｍのｎ型のバッファ層２２」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ｎ型ＳｉＣ層である」「ｎ型のバッファ層２２」は，本件発明８の「第１の炭化珪素層」に相当し，「ドナー密度７×１０１７ｃｍ−３」の「ｎ型のバッファ層２２」であり，「基板２１」のキャリア密度５×１０１８ｃｍ−３より低い不純物濃度となるから，本件発明８と甲第４号証発明とは，「前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）」を備える点で一致する。
（ウ）本件発明８の「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」及び「前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」と甲第４号証発明の「バッファ層２２上に，窒素ドープｎ型ＳｉＣ層であるドナー密度１×１０１３ｃｍ−３，膜厚２００μｍのｎ型のドリフト層２３」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ＳｉＣ層である」「ｎ型のドリフト層２３」は，本件発明８の「前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」及び「前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」に対応し，両者は「バッファ層２２上に」設けられたといえるから，本件発明８と甲第４号証発明とは，「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられた，前記一の導電型の炭化珪素層」である点で共通する。
（エ）本件発明８の「前記第３の炭化珪素層（２３）上に設けられた、前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）」と甲第４号証発明の「ドリフト層２３上に，ｐ型４Ｈ−ＳｉＣをエピタキシャル成長させ」た「ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ」とを対比する。
　甲第４号証発明の「ｐ型」は，本件発明８の「前記一の導電型と異なる導電型」に相当するから，本件発明８と甲第４号証発明とは，「前記炭化珪素層上に設けられた，前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）」を備える点で一致する。
（オ）甲第４号証発明は「４Ｈ型ＳｉＣで作成した」「基板２１」，「ｎ型ＳｉＣ層である」「バッファ層２２」，「ｎ型ＳｉＣ層である」「ドリフト層２３」及び「ｐ型４Ｈ−ＳｉＣ２」を備えた「ｐｎ接合ダイオード(ｐｉｎダイオード)２０」であるから，この「ｐｎ接合ダイオード(ｐｉｎダイオード)２０」は，本件発明８の「炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）」に相当する。
（カ）そうすると，本件発明８と甲第４号証発明とは以下の点で一致し，また相違する。
［一致点］
「第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と，
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ，前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と，
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられた，前記一の導電型の炭化珪素層と，
　前記炭化珪素層上に設けられた，前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）と，
を備える，炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）」
［相違点６］
　「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられた，前記一の導電型の炭化珪素層」について，本件発明８は「前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、５００ｎｍ以上の厚みを有し，前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」と「前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）」からなるのに対して，甲第４号証発明は複数の層からなるものでなく，また，不純物濃度及び他の層の不純物濃度との大小関係並びに膜厚が異なる点。
（キ）当審判断
　［相違点６］について検討する。
　甲第４号証発明は，バイポーラデバイス中での電子と正孔の再結合発光により，積層欠陥が広がり，オン電圧が上昇することによる，順方向電圧の増加を抑制するために，ｉ層を高純度化し，積層欠陥がライフタイムキラーとして働き難くし，順方向電圧劣化を抑制することが可能となるバイポーラ型半導体素子であるから，［相違点６］に係る他の層との不純物濃度の大小関係とすることが容易であるとはいえない。
　即ち，甲第４号証発明は，積層欠陥が広がることを防止するために，ｉ層，即ち「ドリフト層２３」を高純度化するものであるから，「ドリフト層２３」と「バッファ層２２」とが接する部分に，低純度の層，即ちドナー密度の高い層を設け，その層を「基板２１」よりキャリア密度の高い層とし，［相違点６］に係る構成とすることには動機付けがない。
　加えて，甲第５号証には，炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時に，第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長及び拡大を防止するために，「第３の不純物濃度」を「第１の不純物濃度」より高くすることは記載されていないから，甲第４号証発明に甲第５号証に記載された事項を適用し，［相違点６］に係る構成を備えるようにすることが容易であったともいえない。
　また，本件発明８は［相違点６］に係る構成を備えることにより，「バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することができる」（段落【００１３】）という，格別の効果を奏するものである。
　したがって，本件発明８は，甲第４号証発明及び甲第５号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものではない。
ウ　本件発明８についてのまとめ
　以上のとおりであるから，本件発明８は，特許法第２９条第１項第３号に該当するとはいえず，また，同条第２項の規定に違反しているともいえない。
（４）本件発明９及び１０について
　本件発明９は，本件発明８に係る構成を全て備えるから，上記（３）アと同様の理由により，甲第１号証に記載された発明ではない。
　また，本件発明９及び１０は，本件発明８に対し，さらに，「前記炭化珪素単結晶基板（１０）に電気的に接続された第１の電極（１０１，２０１，３０１）と、前記第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）に電気的に接続された第２の電極（１０２，２０２，３０２）」（請求項９，１０）という技術的事項を追加したものであるから，上記（３）ア及びイと同様の理由により，甲第１号証発明並びに甲第２号証及び甲第３号証に記載された事項，甲第４号証発明及び甲第５号証に記載された事項から当業者が容易になし得たものではない。
　したがって，本件発明９は，特許法第２９条第１項第３号に該当するとはいえず，また，本件発明９及び１０は，同条第２項の規定に違反しているともいえない。
４　小括
　以上のとおりであるから，特許異議申立人の上記１にかかる主張は，採用することができない。
第６　特許異議申立人の意見について
１　特許異議申立人は意見書において，請求項１及び８の「５×１０１８ｃｍ−３以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電形の第２の炭化珪素層（２２）」について，本件特許明細書では，「１×１０１９ｃｍ−３の不純物濃度を有する第２の炭化珪素層」を有する実施例１，２の素子に対して通電した後においても基底面転位の活性層（第３の炭化珪素層）への伸長は観察されなかったとされ，実験的に見出されているから，不純物濃度５×１０１８ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３未満の領域においても，基底面転位の伸長が防止されるという事象が常に発揮されるか否かは，不明であり，本件発明は，依然として本件発明の課題を解決していない権利を含むものである旨主張する。（意見書第１頁下２行ないし第３頁５行，第４頁２３行ないし３１行）
　しかしなら，上記第４の２（１）で検討したように，段落【００２３】に「第２の炭化珪素層２２」の「第３の不純物濃度」の下限値は，第１の不純物濃度よりも高い必要があり，具体的には，基底面転位の伸長がほぼ防止される，５×１０18ｃｍ-3以上であることが記載されており，また，「第２の炭化珪素層（２２）」の厚さが５００ｎｍ以上であり，且つ，「第３の不純物濃度」が，５×１０１８ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３未満であるとき，本件発明の課題を解決できないとはいえないから，「第３の不純物濃度」を５×１０１８ｃｍ−３以上とした本件発明は，当業者が本件発明の課題を解決できると認識できる範囲のものである。
２　特許異議申立人は意見書において，請求項１及び８の「５００ｎｍ以上の厚みを有し、前記第１の不純物濃度よりも高くかつ５×１０18ｃｍ-3以上である第３の不純物濃度を有する前記一の導電型の第２の炭化珪素層（２２）」について，本件特許明細書には，５００ｎｍが「第２の炭化珪素層」の厚みの下限値であるとの記載はなく，また，発明の課題を解決するために「第２の炭化珪素層」の厚さの範囲をどのように定めたかは記載も示唆もないから，「第２の炭化珪素層」が「５００ｎｍ以上の厚みを有し」といった数値の限定の記載が出願当初からなされていたものもしくは自明であるとは評価できず，願書に最初に添付した明細書等に記載した事項の範囲を超えたものであり，また，発明の詳細な説明に記載されていないものである旨主張し，さらに，「第２の炭化珪素層」の厚さの上限が１μｍとされて初めて本件発明は明確になる旨主張する。（意見書第３頁６行ないし第４頁２２行）
　しかしながら，上記第４の２（１）で検討したように，段落【００５８】，【００５９】には，（実施例２）として，バッファ層上に形成された，厚さが５００ｎｍで，不純物濃度が１×１０19ｃｍ-3の第２の炭化珪素層２２からなる，炭化珪素エピタキシャル基板５２が記載されているから，「第２の炭化珪素層」が５００ｎｍの厚みを備えることは，願書に最初に添付した明細書に記載された範囲内の事項であり，また，発明の詳細な説明に記載されている。
　そして，「第２の炭化珪素層」の厚さの上限が１μｍとされていない本件発明の範囲は明確であるから，本件発明は明確である。
第７　むすび
　したがって，取消理由通知に記載した取消理由及び特許異議申立書に記載された特許異議申立理由によっては，請求項１，２及び４ないし１０に係る特許を取り消すことはできない。
　また，他に請求項１，２及び４ないし１０に係る特許を取り消すべき理由を発見しない。
　なお，請求項３に係る特許は，訂正により削除されたことにより，特許異議申立人がした請求項３に係る申立てについては，対象となる請求項が存在しないものとなったため，特許法第１２０条の８第１項で準用する同法第１３５条の規定により却下する。
　よって，結論のとおり決定する。
【異議決定日】
令和２年１月３１日（２０２０．１．３１）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置
　【技術分野】
　【０００１】
　本発明は、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置に関するものである。
　【背景技術】
　【０００２】
　炭化珪素単結晶は、大きな絶縁破壊電界強度および高い熱伝導率など、優れた物性を有している。このため、半導体材料として従来広く用いられてきたシリコンに代わり炭化珪素を用いた半導体装置、すなわち炭化珪素半導体装置、は、高性能の半導体装置、特にパワーデバイス、として期待されている。炭化珪素には、同一の化学式であっても結晶構造の異なる結晶多形（いわゆる２Ｈ、３Ｃ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１５Ｒ型など）が存在する。これらの中でも、大きな電圧を扱うようなパワーデバイスの用途には４Ｈ型の炭化珪素が適している。ここで、「Ｈ」は結晶多形が六方晶系（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ）であることを表しており、「４」はＳｉ（シリコン）およびＣ（カーボン）からなる２原子層が４回積層されたものが単位構造であることを表している。４Ｈ型の炭化珪素は、パワーデバイス向け基板の材料としての利点を特に有している。具体的には、そのバンドギャップが３．２６ｅＶと大きく、また、ｃ軸に平行な方向と垂直な方向とでの電子移動度の異方性が小さい。
　【０００３】
　炭化珪素単結晶基板は、一般的に、ＳｉおよびＣを含む原料を坩堝内で昇華させることで種結晶上での結晶成長を行う手法（昇華再結晶法）により製造される。１つの基板からできるだけ多くの炭化珪素半導体装置を高い歩留まりで得るためには、炭化珪素単結晶基板の全体が、単一の結晶多形を有する均一な結晶であることが求められる。このような要件を満たしつつ、生産性を高めるために、基板のサイズを大きくするための努力がなされている。市販されている基板の直径は、従来１００ｍｍ（４インチ）までであったところ、現在では１５０ｍｍ（６インチ）まで大きくなってきている。
　【０００４】
　炭化珪素半導体装置の製造には、炭化珪素単結晶基板と、その上にエピタキシャル成長によって設けられた炭化珪素層とを有する炭化珪素エピタキシャル基板が用いられる。エピタキシャル成長は、典型的には、Ｓｉ原子およびＣ原子を含む原料ガスを用いた化学気相成長（ＣＶＤ）法によって行われる。エピタキシャル層の少なくとも一部は、半導体素子構造が形成される活性層として用いられる。活性層の不純物濃度および厚みを調整することで、半導体装置の耐電圧および素子抵抗が調整される。具体的には、活性層中の不純物濃度が低いほど、また、活性層の厚みが大きいほど、高い耐電圧を有する半導体装置が得られる。
　【０００５】
　市販の炭化珪素単結晶基板は、シリコン単結晶基板などと比して、結晶欠陥を高密度で有している。結晶欠陥は、エピタキシャル成長の際に単結晶基板からエピタキシャル成長層へと（すなわち活性層にまで）伝播することで、炭化珪素半導体装置の動作に悪影響を与え得る。炭化珪素の代表的な結晶欠陥としては、貫通らせん転位、貫通刃状転位、基底面転位、積層欠陥などが挙げられる。基底面転位は、２本の部分転位に分解し、それらの間に積層欠陥を伴っている。この積層欠陥は、ｐｉｎダイオードなどのバイポーラデバイスが順方向に通電された際に、注入されたキャリアをトラップするとともにその面積を拡大させていく。これに起因して、デバイスの順方向電圧降下の増大が引き起こされることが知られている（たとえば、非特許文献１：ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＰＨＹＳＩＣＳ　９９，　０１１１０１（２００６）を参照）。以下、この現象を「通電劣化」と称する。また、本明細書内における「基底面転位」の表現は、上記「２本の部分転位」の意を含むものとする。
　【０００６】
　（０００１）面から数度傾いた面を表面にもつ炭化珪素基板中の基底面転位の多くは、ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長時に、デバイスへの影響の程度がより低い貫通刃状転位に転換することが知られている。前述した通電劣化の抑制のため、基板中の基底面転位がエピタキシャル成長時に貫通刃状転位転換する割合（転換率）を向上させるべく、様々な取組がなされている。
　【０００７】
　たとえば、特開２００７−２５０６９３号公報（特許文献１）によれば、第１のエピタキシャル成長層の途中に、３×１０１９ｃｍ−３以上の不純物濃度を有する第２のエピタキシャル成長層が形成される。第２のエピタキシャル成長層においては結晶歪みが急激に大きくなる。上記公報によれば、転位の方向性を変えることで、電気特性に悪影響を及ぼし難い転位への転換が可能である旨が記載されている。しかしながらこの方法では、高い不純物濃度を有する第２のエピタキシャル成長層を形成すること自体が、積層欠陥を発生させる要因となり得る（たとえば非特許文献２：ＰＨＹＳＩＣＡ　Ｂ　３７６−３７７，　３３８（２００６）を参照）。また、第１のエピタキシャル成長層と第２のエピタキシャル成長層との間での不純物濃度プロファイルの急峻な変化が、基底面転位を新たに発生させてしまい得る。よってこの方法の有効性は実際のところ低かった。
　【０００８】
　また、たとえば、特開２００８−７４６６１号公報（特許文献２）によれば、炭化珪素単結晶基板上に、基底面転位密度を抑制する抑制層と、抑制層上に形成された活性層とを有する炭化珪素エピタキシャル基板が開示されている。抑制層は、活性層側へ階段状に窒素濃度が低減した構造を有している。
　【先行技術文献】
　【特許文献】
　【０００９】
　【特許文献１】特開２００７−２５０６９３号公報
　【特許文献２】特開２００８−７４６６１号公報
　【非特許文献】
　【００１０】
　【非特許文献１】ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＡＰＰＬＩＥＤ　ＰＨＹＳＩＣＳ　９９，　０１１１０１（２００６）
　【非特許文献２】ＰＨＹＳＩＣＡ　Ｂ　３７６−３７７，　３３８（２００６）
　【発明の概要】
　【発明が解決しようとする課題】
　【００１１】
　上記の特開２００８−７４６６１号公報に記載の方法を本発明者らが検討したところ、炭化珪素エピタキシャル基板中の活性層の基底面転位密度は抑制されたものの、この基板を用いて作製されたバイポーラデバイスの通電劣化は十分には抑制されなかった。
　【００１２】
　なお、本明細書における「バイポーラデバイス」は、バイポーラ動作のみを行うものに加えて、バイポーラ動作とユニポーラ動作とを行うものも含む。よって、一般的にはユニポーラデバイスに区分されることが多いＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であっても、その寄生ｐｉｎダイオードがバイポーラ素子として動作する場合は、本明細書における「バイポーラデバイス」に相当する。このような寄生ｐｉｎダイオードは、しばしば、ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードとして活用されている。
　【００１３】
　本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、バイポーラ動作時の通電劣化を抑制することができる、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置を提供することである。
　【課題を解決するための手段】
　【００１４】
　本発明の炭化珪素エピタキシャル基板は、一の導電型の炭化珪素単結晶基板と、上記一の導電型の第１の炭化珪素層と、上記一の導電型の第２の炭化珪素層と、上記一の導電型の第３の炭化珪素層とを有している。炭化珪素単結晶基板は第１の不純物濃度を有している。第１の炭化珪素層は、炭化珪素単結晶基板上に設けられており、第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有している。第２の炭化珪素層は、第１の炭化珪素層上に設けられており、
５００ｎｍ以上の厚みを有しており、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
　【００１５】
　本発明の炭化珪素半導体装置は、一の導電型の炭化珪素単結晶基板と、上記一の導電型の炭化珪素単結晶基板と、上記一の導電型の第１の炭化珪素層と、上記一の導電型の第２の炭化珪素層と、上記一の導電型の第３の炭化珪素層と、上記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層とを有している。炭化珪素単結晶基板は第１の不純物濃度を有している。第１の炭化珪素層は、炭化珪素単結晶基板上に設けられており、第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有している。第２の炭化珪素層は、第１の炭化珪素層上に設けられており、
５００ｎｍ以上の厚みを有しており、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
　【００１６】
　なお上記において、「炭化珪素単結晶基板上に設けられ」との文言は、特段の記載を伴わない限り、炭化珪素単結晶基板上に直接設けられることと、単結晶基板上に何らかの層を介して設けられることとのいずれをも意味し得る。「第１の炭化珪素層上に設けられ」、「第２の炭化珪素層上に設けられ」および「第３の炭化珪素層上に設けられ」の文言についても同様である。
　【発明の効果】
　【００１７】
　本発明の炭化珪素エピタキシャル基板によれば、炭化珪素エピタキシャル基板を製造するためのエピタキシャル成長時に、炭化珪素単結晶基板中の基底面転位が第１の炭化珪素層によって貫通刃状転位に転換される。これにより、エピタキシャル成長時に第３の炭化珪素層中へ基底面転位が伝播することが抑制される。さらに、この炭化珪素エピタキシャル基板を用いた炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時に、第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長が第２の炭化珪素層によって妨げられる。よってバイポーラ動作時において、第３の炭化珪素層中の基底面転位の伸長および拡大に起因した通電劣化を抑制することができる。
　【００１８】
　本発明の炭化珪素半導体装置によれば、炭化珪素エピタキシャル基板を製造するためのエピタキシャル成長時に、炭化珪素単結晶基板中の基底面転位が第１の炭化珪素層によって貫通刃状転位に転換される。これにより、エピタキシャル成長時に第３の炭化珪素層中へ基底面転位が伝播することが抑制される。さらに、第４の炭化珪素層と第３の炭化珪素層と炭化珪素単結晶基板との積層構造によるｐｉｎ構造を利用したバイポーラ動作時に、第１の炭化珪素層から第３の炭化珪素層の方へ向かう基底面転位の伸長が第２の炭化珪素層によって妨げられる。よってバイポーラ動作時において、第３の炭化珪素層中の基底面転位の伸長および拡大に起因した通電劣化を抑制することができる。
　【００１９】
　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
　【図面の簡単な説明】
　【００２０】
　【図１】本発明の実施の形態１における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
　【図２】本発明の実施の形態１における炭化珪素エピタキシャル基板の構成を概略的に示す断面図である。
　【図３】比較例の炭化珪素エピタキシャル基板の構成を概略的に示す断面図である。
　【図４】比較例の炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時における炭化珪素エピタキシャル基板中での基底面転位の伸長の様子を示す部分断面図である。
　【図５】図１の炭化珪素半導体装置のバイポーラ動作時における炭化珪素エピタキシャル基板中での基底面転位の伸長の様子を示す部分断面図である。
　【図６】本発明の実施の形態１における第１の変形例の炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
　【図７】本発明の実施の形態１における第２の変形例の炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
　【図８】本発明の実施の形態２における炭化珪素エピタキシャル基板の構成を概略的に示す断面図と、その模式的な不純物濃度プロファイルと、を示す図である。
　【図９】本発明の実施の形態３における炭化珪素エピタキシャル基板の構成を概略的に示す断面図と、その模式的な不純物濃度プロファイルと、を示す図である。
　【発明を実施するための形態】
　【００２１】
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
　【００２２】
　＜実施の形態１＞
　図１および図２を参照して、本実施の形態のｐｉｎダイオード１００（炭化珪素半導体装置）は、炭化珪素エピタキシャル基板５１を用いて製造されたものである。言い換えれば、ｐｉｎダイオード１００は炭化珪素エピタキシャル基板５１を有している。炭化珪素エピタキシャル基板５１は、ｎ型（一の導電型）の炭化珪素単結晶基板１０と、ｎ型の第１の炭化珪素層２１と、ｎ型の第２の炭化珪素層２２と、ｎ型の第３の炭化珪素層２３（活性層）とを有している。第１の炭化珪素層２１は炭化珪素単結晶基板１０上に設けられている。第１の炭化珪素層２１は炭化珪素単結晶基板１０上に直接設けられていてよい。第２の炭化珪素層２２は第１の炭化珪素層２１上に設けられている。第２の炭化珪素層２２は第１の炭化珪素層２１上に直接設けられていてよい。第３の炭化珪素層２３は第２の炭化珪素層２２上に設けられている。第３の炭化珪素層２３は第２の炭化珪素層２２上に直接設けられていてよい。第１の炭化珪素層２１、第２の炭化珪素層２２および第３の炭化珪素層２３は、炭化珪素単結晶基板１０上のエピタキシャル成長によって形成されたエピタキシャル層である。エピタキシャル成長はＣＶＤ法によって行われ得る。
　【００２３】
　炭化珪素単結晶基板１０は第１の不純物濃度を有している。第１の不純物濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。第１の炭化珪素層２１は、第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有している。第２の不純物濃度は、エピタキシャル成長において炭化珪素単結晶基板１０から伝播してきた基底面転位ＤＢａが第１の炭化珪素層２１中の転換点ＰＮで貫通刃状転位ＤＴに転換する率が高くなるように選択されることが好ましい。この目的を満たすため、第２の不純物濃度は、５×１０１６ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。第２の炭化珪素層２２は、第１の不純物濃度よりも高い第３の不純物濃度を有している。新たな結晶欠陥を発生させないようにするため、第３の不純物濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。さらに、第３の不純物濃度の下限値は、第１の不純物濃度よりも高い必要があり、具体的には５×１０１８ｃｍ−３以上である。第３の炭化珪素層２３は、第１の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有している。第４の不純物濃度は、第２の不純物濃度よりも低いことが好ましく、具体的には１×１０１４ｃｍ−３以上、５×１０１６ｃｍ−３以下が好ましく、たとえば５×１０１５ｃｍ−３程度である。
　【００２４】
　炭化珪素単結晶基板１０は、六方晶系の結晶構造を有しており、好ましくは結晶多形４Ｈを有している。炭化珪素単結晶基板１０の、第１の炭化珪素層２１が設けられている表面（図中、上面）は、｛０００１｝面に対して０°よりも大きいオフ角を有している。このオフ角は、０．０５°以上であることが好ましく０．１°以上であることがより好ましい。ある程度の大きさのオフ角が設けられることで、炭化珪素単結晶基板１０の結晶構造と同様の結晶構造を有するエピタキシャル層の形成が容易となる。またこのオフ角は、８°以下であることが好ましく、５°以下であることがより好ましい。オフ角が過度に大きくないことで、炭化珪素単結晶基板１０の表面上における基底面転位の密度が過度に大きくなることが避けられる。また上記オフ角は、｛０００１｝面である（０００１）面および（０００−１）面のうち、（０００１）面を基準とした角度であることが好ましい。
　【００２５】
　ｐｉｎダイオード１００はさらに、ｐ型（一の導電型と異なる導電型）の第４の炭化珪素層１２４と、カソード電極１０１（第１の電極）と、アノード電極１０２（第２の電極）と、ＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）領域１２３と、絶縁膜１３３とを有している。第４の炭化珪素層１２４は第３の炭化珪素層２３上に設けられている。第４の炭化珪素層１２４は第３の炭化珪素層２３上に直接設けられていてよい。カソード電極１０１は炭化珪素単結晶基板１０に電気的に接続されている。カソード電極１０１は炭化珪素単結晶基板１０にオーミック接続されている。そのような接続を得るために、カソード電極１０１は炭化珪素単結晶基板１０上に直接設けられていてよい。アノード電極１０２は第４の炭化珪素層１２４に電気的に接続されている。アノード電極１０２は第４の炭化珪素層１２４にオーミック接続されている。そのような接続を得るために、アノード電極１０２は第４の炭化珪素層１２４上に直接設けられていてよい。
　【００２６】
　図３を参照して、比較例の炭化珪素エピタキシャル基板５９においても、炭化珪素エピタキシャル基板５１（図２）と同様に、エピタキシャル成長時の基底面転位ＤＢａの伸長が第１の炭化珪素層２１中の転換点ＰＮで止められている。一方で、炭化珪素エピタキシャル基板５９（図３）には第２の炭化珪素層２２が設けられていない。
　【００２７】
　図４を参照して、上記のように第２の炭化珪素層２２を欠く炭化珪素エピタキシャル基板５９を用いて製造されたｐｉｎダイオード（図１参照）に順方向電流が流されたところ、大きな通電劣化が生じた。この理由を発明者らが調査したところ、通電に伴って、転換点ＰＮより深く（図中の下側）に存在する基底面転位ＤＢａ（言い換えれば積層欠陥）から、第３のエピタキシャル層２３（活性層）中へ、基底面転位ＤＢｚが伸長および拡大していることが明らかとなった。よって、炭化珪素エピタキシャル基板５９を用いてｐｉｎダイオードが製造された場合、バイポーラ動作に伴う通電劣化が大きいことになる。
　【００２８】
　そこで本発明者らは、転換点ＰＮより下側に存在する基底面転位ＤＢａからの基底面転位の伸長を妨げる構成がエピタキシャル層中に必要であると考えた。その一環として基底面転位の伸長と炭化珪素中の不純物濃度との関係を調査したところ、基底面転位はより不純物濃度の低い方向へと伸長することがわかった。また不純物濃度が高い領域においては基底面転位の伸長が抑制され、特に不純物濃度５×１０１８ｃｍ−３以上の領域においては伸長がほぼ防止されることが分かった。
　【００２９】
　以上のような発見に基づき、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板５１（図２）は、第１の炭化珪素層２１上に第２の炭化珪素層２２が設けられたものとされた。第２の炭化珪素層２２の不純物濃度（第３の不純物濃度）は、炭化珪素単結晶基板１０の不純物濃度（第１の不純物濃度）よりも高く、好ましくは５×１０１８ｃｍ−３以上とされた。
　【００３０】
　図５を参照して、第２の炭化珪素層２２が設けられた炭化珪素エピタキシャル基板５１を用いて製造されたｐｉｎダイオード１００（図１）に順方向電流が流されたところ、通電劣化は起きにくかった。これは、転換点ＰＮより深く（図中の下側）に存在する基底面転位ＤＢａからバイポーラ動作時に伸長してきた基底面転位ＤＢｂが、第２の炭化珪素層２２に達した後は、さらには伸長しにくかったため、と考えられる。
　【００３１】
　この検証のため、炭化珪素単結晶基板１０の直上にエピタキシャル層として、徐々に不純物濃度が低くなる濃度傾斜層（後述するバッファ層２９（図８）と同様の層）のみを有する炭化珪素エピタキシャル基板が準備された。この炭化珪素エピタキシャル基板に対して、疑似的な通電劣化を生じさせるために、紫外レーザーが照射された。それにより拡大された積層欠陥をエピタキシャル成長面側から観察した。その結果、積層欠陥の幅は、不純物濃度が高い位置ほど幅が狭くなっていた。このことから、高不純物濃度層が基底面転位（すなわち積層欠陥）の拡大を抑制する理由は、高不純物濃度層内において積層欠陥（言い換えればそれを縁取る２つの部分転位）が移動しにくくなるためと考えられる。積層欠陥は、２つの部分転位のうちＳｉコアと呼ばれる一方の部分転位が結晶内を移動することで拡大することが知られている。Ｓｉコアの部分転位は、より不純物濃度の低い側へ移動する傾向がある。このため、第２の炭化珪素層２２の不純物濃度（第３の不純物濃度）は、炭化珪素単結晶基板１０の不純物濃度（第１の不純物濃度）よりも高くする必要があり、好ましくはその２倍以上の不純物濃度を有している。ただし第２の炭化珪素層２２の不純物濃度が２×１０１９ｃｍ−３を超えると、エピタキシャル成長時に新たな結晶欠陥の発生を引き起こしやすい。このため第２の炭化珪素層２２の不純物濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。
　【００３２】
　本実施の形態のｐｉｎダイオード１００（図１）によれば、炭化珪素エピタキシャル基板５１（図２）を製造するためのエピタキシャル成長時に、炭化珪素単結晶基板１０中の基底面転位ＤＢａが第１の炭化珪素層２１によって貫通刃状転位ＤＴに転換される。これにより、エピタキシャル成長時に第３の炭化珪素層２３中へ基底面転位が伝播することが抑制される。さらに、第４の炭化珪素層１２４と第３の炭化珪素層２３と炭化珪素単結晶基板１０との積層構造によるｐｉｎ構造を利用したバイポーラ動作時に、第１の炭化珪素層２１から第３の炭化珪素層２３の方へ向かう基底面転位ＤＢｂ（図５）の伸長が第２の炭化珪素層２２によって妨げられる。よってバイポーラ動作時において、第３の炭化珪素層２３中の基底面転位の伸長および拡大に起因した通電劣化を抑制することができる。
　【００３３】
　ｐｉｎダイオード１００（図１）において、カソード電極１０１は炭化珪素単結晶基板１０に電気的に接続されており、アノード電極１０２は第４の炭化珪素層１２４に電気的に接続されている。これにより、カソード電極１０１およびアノード電極１０２を主電極とする縦型半導体装置が構成される。縦型の炭化珪素半導体装置においてはバイポーラ動作時の通電劣化が問題となりやすいところ、本実施の形態によりそれを抑制することができる。
　【００３４】
　また、カソード電極１０１は炭化珪素単結晶基板１０にオーミック接続されており、アノード電極１０２は第４の炭化珪素層１２４にオーミック接続されている。これにより、カソード電極１０１とアノード電極１０２との間が、第４の炭化珪素層１２４と第３の炭化珪素層２３と炭化珪素単結晶基板１０との積層構造によるｐｉｎ構造により接続される。このｐｉｎ構造を利用したバイポーラ動作において、従来、通電劣化が生じやすかったところ、本実施の形態によりそれを抑制することができる。
　【００３５】
　本実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板５１（図２）によれば、炭化珪素エピタキシャル基板５１を製造するためのエピタキシャル成長時に、炭化珪素単結晶基板１０中の基底面転位ＤＢａが第１の炭化珪素層２１によって貫通刃状転位ＤＴに転換される。これにより、エピタキシャル成長時に第３の炭化珪素層２３中へ基底面転位が伝播することが抑制される。さらに、この炭化珪素エピタキシャル基板５１を用いたｐｉｎダイオード１００（図１）のバイポーラ動作時に、第１の炭化珪素層２１から第３の炭化珪素層２３の方へ向かう基底面転位ＤＢｂの伸長が第２の炭化珪素層２２によって妨げられる。よってバイポーラ動作時において、第３の炭化珪素層２３中の基底面転位の伸長および拡大に起因した通電劣化を抑制することができる。
　【００３６】
　好ましくは、第３の炭化珪素層２３の不純物濃度（第４の不純物濃度）は、第１の炭化珪素層２１の不純物濃度（第２の不純物濃度）よりも低い。これにより、第３の炭化珪素層２３の不純物濃度を十分に低くすることができる。よって、第４の不純物濃度が第２の不純物濃度よりも高い場合に比して、炭化珪素エピタキシャル基板５１を用いたｐｉｎダイオード１００（図１）の耐電圧を高くすることができる。
　【００３７】
　好ましくは、第２の炭化珪素層２２の不純物濃度（第３の不純物濃度）は２×１０１９ｃｍ−３以下である。これにより、第２の炭化珪素層２２の形成時の積層欠陥の発生を抑制することができる。
　【００３８】
　なお炭化珪素半導体装置は、ｐｉｎダイオード１００（図１）に限定されるものではなく、他のバイポーラデバイスであってもよい。前述したように、一般的にユニポーラデバイスに区分されることが多いＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であっても、その寄生ｐｉｎダイオードがバイポーラ素子として動作し得る場合は、本明細書における「バイポーラデバイス」に相当する。ＭＯＳＦＥＴはプレーナゲート型ＭＯＳＦＥＴ２００（図６）であってもよい。プレーナゲート型ＭＯＳＦＥＴ２００（図６）は、炭化珪素エピタキシャル基板５１と、ベース層２２４（第４の炭化珪素層）と、ソース層２２３と、ゲート絶縁膜２３１と、ゲート電極２３２と、ドレイン電極２０１（第１の電極）と、ソース電極２０２（第２の電極）とを有している。またＭＯＳＦＥＴはトレンチゲート型ＭＯＳＦＥＴ３００（図７）であってもよい。トレンチゲート型ＭＯＳＦＥＴ３００は、炭化珪素エピタキシャル基板５１と、ベース層３２４（第４の炭化珪素層）と、ソース層３２３と、ゲート絶縁膜３３１と、ゲート電極３３２と、ドレイン電極３０１（第１の電極）と、ソース電極３０２（第２の電極）とを有している。
　【００３９】
　＜実施の形態２＞
　図８を参照して、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板５２はバッファ層２９を有している。バッファ層２９は、第１の面Ｓ１と、第１の面Ｓ１と反対の第２の面Ｓ２とを有している。バッファ層２９は炭化珪素から作られている。バッファ層２９は、第２の炭化珪素層２２上でのエピタキシャル成長によって形成され得る。
　【００４０】
　第１の面Ｓ１は第２の炭化珪素層２２に面しており、第２の面Ｓ２は第３の炭化珪素層２３に面している。第１の面Ｓ１は第２の炭化珪素層２２に直接面していてよい。第２の面Ｓ２は第３の炭化珪素層２３に直接面していてよい。第１の面Ｓ１が第２の炭化珪素層２２に直接面し、かつ第２の面Ｓ２が第３の炭化珪素層２３に直接面することで、第３の炭化珪素層２３は第２の炭化珪素層２２上にバッファ層２９のみを介して設けられる。バッファ層２９は、第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２へ向かって連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有している。
　【００４１】
　バッファ層２９の不純物濃度プロファイルは、図８に示すように線形に変化することが好ましいが、急峻な変化を伴わなければ線形でなくてもよく、上述したように連続的な変化であれば許容される。逆に、不純物濃度プロファイルが不連続に（言い換えれば離散的に）変化する階段構造を有する場合、エピタキシャル成長時に当該不連続界面において新たな結晶欠陥が生じやすい。これは、不純物濃度が不連続な界面では、結晶の格子定数も不連続となり、その結果歪が生じるためである。たとえば、厚み１０μｍ程度のバッファ層２９において、不純物濃度は第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって厚み１μｍあたり２×１０１８ｃｍ−３程度で減少するものとされる。これにより、不純物濃度の変化がバッファ層２９と第３の炭化珪素層２３との界面で急峻とならないようにすることができる。
　【００４２】
　活性層としての第３の炭化珪素層２３における新たな結晶欠陥の発生をより低減するためには、図８の不純物濃度プロファイルに示されるように、他の界面においても濃度変化が急峻とならないよう、不純物濃度が滑らかに変化するように各層が接続されることが好ましい。この場合、厳密にいえば、第２の炭化珪素層２２と第３の炭化珪素層２３との間だけでなく、炭化珪素単結晶基板１０と第１の炭化珪素層との間、および第１の炭化珪素層と第２の炭化珪素層との間の各々にも、バッファ層（図８の断面図において図示せず）が設けられているともいえる。
　【００４３】
　上記以外の構成については、上述した炭化珪素エピタキシャル基板５１（図２：実施の形態１）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
　【００４４】
　本実施の形態によれば、バッファ層２９により、第２の炭化珪素層２２と第３の炭化珪素層２３との間での不純物濃度の急峻な変化が抑制される。これにより、エピタキシャル成長時に新たな結晶欠陥が発生することを抑制することができる。よって、実施の形態１で説明した効果をより高めることができる。なお、炭化珪素エピタキシャル基板５２を用いて、実施の形態１とほぼ同様の炭化珪素半導体装置を製造することができる。
　【００４５】
　＜実施の形態３＞
　図９を参照して、本実施の形態の炭化珪素エピタキシャル基板５３は、実施の形態２（図８）における炭化珪素エピタキシャル基板５２のバッファ層２９に代わり、バッファ層２９ｖを有している。バッファ層２９と同様、バッファ層２９ｖは、第１の面Ｓ１と、第１の面Ｓ１と反対の第２の面Ｓ２とを有している。バッファ層２９ｖは炭化珪素から作られている。バッファ層２９ｖは、第２の炭化珪素層２２上でのエピタキシャル成長によって形成され得る。
　【００４６】
　実施の形態２と同様、第１の面Ｓ１は第２の炭化珪素層２２に面しており、第２の面Ｓ２は第３の炭化珪素層２３に面している。第１の面Ｓ１は第２の炭化珪素層２２に直接面していてよい。第２の面Ｓ２は第３の炭化珪素層２３に直接面していてよい。第１の面Ｓ１が第２の炭化珪素層２２に直接面し、かつ第２の面Ｓ２が第３の炭化珪素層２３に直接面することで、第３の炭化珪素層２３は第２の炭化珪素層２２上にバッファ層２９ｖのみを介して設けられる。バッファ層２９ｖは、第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２へ向かって連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有している。
　【００４７】
　ここで第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間の地点を中間地点ＰＩとする。中間地点ＰＩは、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２との間に位置する、第１の面Ｓ１および第２の面Ｓ２の各々から離れた地点であればよく、第１の面Ｓ１および第２の面Ｓ２から等距離に位置する必要はない。本実施の形態によれば、バッファ層２９ｖは、その不純物濃度が、第１の面Ｓ１から中間地点ＰＩへ向かって連続的に第１の減少率で減少し、かつ中間地点ＰＩから第２の面Ｓ２へ向かって第２の減少率で連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有している。第１の減少率は第２の減少率よりも小さい。
　【００４８】
　バッファ層２９（図８）とバッファ層２９ｖ（図９）との間でその不純物濃度プロファイルを比較すると、バッファ層２９ｖにおいては、第２の炭化珪素層２２の直上からバッファ層２９ｖの厚み方向における中間地点ＰＩまでの不純物濃度の変化がより緩やかとされている。これにより、第２の炭化珪素層２２と第３の炭化珪素層２３との界面での歪の発生が抑制される。よって、新たな結晶欠陥の発生をさらに抑制することができる。
　【００４９】
　バッファ層２９ｖは、たとえば、次のように形成される。まず、第２の炭化珪素層２２上に、表面に向かって厚み１μｍあたり２×１０１７ｃｍ−３（第１の減少率）で不純物濃度が減少するように、厚み１０μｍの第１の炭化珪素領域が堆積される。第１の炭化珪素領域上に、表面に向かって厚み１μｍあたり２×１０１８ｃｍ−３（第２の減少率）で不純物濃度が減少するように、厚み５μｍの第２の炭化珪素領域が堆積される。これにより総厚み１５μｍのバッファ層２９ｖが形成され、第１の炭化珪素領域と第２の炭化珪素領域との間の界面の位置が中間地点ＰＩに対応する。
　【００５０】
　なお上記の例においては、中間地点ＰＩは、不純物濃度プロファイルが折れ曲がる地点に対応している。しかしながら中間地点ＰＩは、必ずしもそのような地点である必要はなく、不純物濃度プロファイルが上述した条件を満たすように仮想的に定められればよい。また上記の例においては第１および第２の減少率の各々は一定であるが、これらは厚み方向において変化してもよい。言い換えれば、上記第１および第２の炭化珪素領域の各々において、不純物濃度プロファイルは、必ずしも直線で変化する必要はなく、曲線で変化してもよい。その場合、第１および第２の減少率の各々は、平均的な値によって代表されればよい。
　【００５１】
　炭化珪素エピタキシャル基板５３の、上記以外の構成については、前述した炭化珪素エピタキシャル基板５２（図８：実施の形態２）の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
　【００５２】
　なお、上記各実施の形態においては、「一の導電型」がｎ型の場合について説明したが、「一の導電型」はｐ型であってもよい。
　【００５３】
　＜実施例＞
　（実施例１）
　炭化珪素単結晶基板１０（図２）として、オフ角４度、直径７５ｍｍ（３インチ）、結晶多形４Ｈ、導電型ｎ型、不純物濃度５×１０１８ｃｍ−３を有する炭化珪素基板が用意された。炭化珪素基板の表面は、あらかじめ、機械研磨および化学機械研磨により鏡面に加工されていた。表面における基底面転位密度は５００個ｃｍ−２であった。
　【００５４】
　次に、この表面に存在する有機物汚染および金属汚染などを除去するための表面洗浄が実施された。具体的には、まず、炭化珪素単結晶基板１０がアンモニア水と過酸化水素水との混合溶液を加熱したものに浸された。次に、炭化珪素単結晶基板１０が、加熱された塩酸と過酸化水素水との混合溶液に浸された。次に、炭化珪素単結晶基板１０が、フッ化水素を含む水溶液に浸された。次に、純水による置換処理が施された。次に炭化珪素単結晶基板１０が乾燥された。表面洗浄前の表面には、たとえば、金属元素などの異物が存在し得る。このような異物は、エピタキシャル成長時に新たな結晶欠陥が発生する原因となり得る。
　【００５５】
　なお、後述するエピタキシャル成長の最初の段階で導入される水素ガスにも、表面汚染を除去する作用がある。しかしながら、表面洗浄を十分に行う意味でも、また、成長炉内の清浄度を保つ意味でも、表面上の異物は、炭化珪素単結晶基板１０がエピタキシャル成長のための反応炉に導入される前に除去しておくことが望ましい。
　【００５６】
　続いて、炭化珪素単結晶基板１０がエピタキシャル成長用のＣＶＤ装置の反応炉内に導入された。反応炉内の温度は１５７５℃とされた。キャリアガスである水素ガスを供給し始めた後に炭化珪素原料ガスおよび不純物原料ガスを導入することでエピタキシャル成長が開始された。具体的には、炭化珪素ガスおよび不純物原料ガスの流量を調整することで、まず、不純物濃度５×１０１７ｃｍ−３の第１の炭化珪素層２１が５００ｎｍの厚みで形成された。続いて、窒素ガス流量を調整することで、不純物濃度１×１０１９ｃｍ−３の第２の炭化珪素層２２が１μｍの厚みで形成された。さらに、不純物濃度が３×１０１６ｃｍ−３の第３の炭化珪素層２３が１０μｍの厚みで形成された。炭化珪素原料ガスにはモノシランおよびプロパンが用いられた。不純物原料ガスには、窒素（Ｎ）原子を含有するガス、具体的には窒素ガス、が用いられた。なお窒素ガスに代わり、リン（Ｐ）原子を含有するガスを用いることもできる。また、成長させられるエピタキシャル層がｐ型の場合は、アルミニウム（Ａｌ）原子またはボロン（Ｂ）原子を含むガスが用いられ得る。
　【００５７】
　以上により、炭化珪素エピタキシャル基板５１を得た。その全体のフォトルミネッセンスイメージを取得したところ、第３の炭化珪素層２３中の基底面転位密度は３００個ｃｍ−２であった。この炭化珪素エピタキシャル基板５１を用いて、バイポーラ素子であるｐｉｎダイオード１００（図１）が作製された。作製された複数の素子のうち、活性層としての第３の炭化珪素層２３中に基底面転位が存在しない素子が選択された。当該素子に対して５０Ａｃｍ−２の電流密度で６０分間の順方向通電が行われた。その結果、ダイオードの特性に変化はみられなかった。また、活性層としての第３の炭化珪素層２３中に基底面転位が存在する素子について、基底面転位の断面構造が観察された。その結果、基底面転位は、第２の炭化珪素層２２と第３の炭化珪素層２３との界面から形成されていた。
　【００５８】
　（実施例２）
　実施例１と同様に準備された炭化珪素単結晶基板１０（図８）上に、エピタキシャル成長層が形成された。具体的には、まず、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３となるように窒素ガス流量を調整された状態で成長が開始された。成長が始まると同時に窒素ガス流量を一定の割合で減少させることで、炭化珪素単結晶基板１０上に、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３から５×１０１７ｃｍ−３まで線形に減少するようなバッファ層が２００ｎｍの厚みで形成された。続いて、不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３の第１の炭化珪素層２１が形成された。次に、不純物濃度が５×１０１７ｃｍ−３から１×１０１９ｃｍ−３まで線形に増加するようなバッファ層を５００ｎｍの厚みで成長させた後に、不純物濃度が１×１０１９ｃｍ−３の第２の炭化珪素層２２が５００ｎｍの厚みで形成された。さらに、不純物濃度が５×１０１９ｃｍ−３から３×１０１６ｃｍ−３まで線形に減少するようなバッファ層２９が１０μｍの厚みで形成された。バッファ層２９上に不純物濃度が３×１０１６ｃｍ−３の第３の炭化珪素層２３が１０μｍの厚みで形成された。
　【００５９】
　以上により、炭化珪素エピタキシャル基板５２を得た。その全体のフォトルミネッセンスイメージを取得したところ、第３の炭化珪素層２３中の基底面転位密度は５０個ｃｍ−２であった。これらの基底面転位の断面構造を確認しところ、基底面転位は炭化珪素単結晶基板１０から伝播してきたものであった。この炭化珪素エピタキシャル基板５２を用いて、バイポーラ素子であるｐｉｎダイオードが作製された。作製された複数の素子のうち、活性層としての第３の炭化珪素層２３中に基底面転位が存在しない素子が選択された。当該素子に対して５０Ａｃｍ−２の電流密度で６０分間の順方向通電が行われた。その結果、ダイオードの特性に変化はみられなかった。
　【００６０】
　（比較例）
　実施例１と同様に準備された炭化珪素単結晶基板１０（図３）上に、エピタキシャル成長層が形成された。具体的には、まず、不純物濃度５×１０１７ｃｍ−３の第１の炭化珪素層２１が５００ｎｍの厚みで形成された。続いて、窒素ガス流量を調整することで、不純物濃度が３×１０１６ｃｍ−３の第３の炭化珪素層２３が１０μｍの厚みで形成された。以上により、炭化珪素エピタキシャル基板５９を得た。その全体のフォトルミネッセンスイメージを取得したところ、第３の炭化珪素層２３中の基底面転位密度は１００個ｃｍ−２であった。この炭化珪素エピタキシャル基板５９を用いて、バイポーラ素子であるｐｉｎダイオードが作製された。
　【００６１】
　作製された複数の素子のうち、活性層としての第３の炭化珪素層２３中に基底面転位が存在しない素子が選択された。当該素子に対して５０Ａｃｍ−２の電流密度で６０分間の順方向通電が行われた。その結果、通電に伴い順方向電圧降下の増大がみられた。このような劣化がみられた素子について、その電極などを除去した後に、フォトルミネッセンスイメージが取得された。その結果、拡大した積層欠陥が確認された。炭化珪素単結晶基板１０と第１の炭化珪素層２１との界面に積層欠陥が交錯する位置周辺の断面構造を確認した結果、第１の炭化珪素層２１（図４）中で、炭化珪素単結晶基板１０から伝播してきた基底面転位ＤＢａが貫通刃状転位ＤＴに転換している様子と、転換点ＰＮより下側の基底面転位ＤＢａ（すなわち積層欠陥）から第３の炭化珪素層２３へ基底面転位ＤＢｚが伸長している様子とが観察された。
　【００６２】
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　【符号の説明】
　【００６３】
　Ｓ１　第１の面、Ｓ２　第２の面、ＤＴ　貫通刃状転位、ＰＮ　転換点、ＤＢａ，ＤＢｂ，ＤＢｚ　基底面転位、１０　炭化珪素単結晶基板、２１　第１の炭化珪素層、２２　第２の炭化珪素層、２３　第３の炭化珪素層，第３のエピタキシャル層、２９，２９ｖ　バッファ層、５１〜５３　炭化珪素エピタキシャル基板、１００　ｐｉｎダイオード（炭化珪素半導体装置）、１０１　カソード電極（第１の電極）、１０２　アノード電極（第２の電極）、１２３　ＪＴＥ領域、１２４　第４の炭化珪素層、１３３　絶縁膜、２００　プレーナゲート型ＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）、３００　トレンチゲート型ＭＯＳＦＥＴ（炭化珪素半導体装置）、２０１，３０１　ドレイン電極（第１の電極）、２０２，３０２　ソース電極（第２の電極）、２２３，３２３　ソース層、２２４，３２４　ベース層（第４の炭化珪素層）、２３１，３３１　ゲート絶縁膜、２３２，３３２　ゲート電極。
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】
　第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と、
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と、
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、
５００ｎｍ以上の厚みを有し、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
　前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）と、
を備える、炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
　【請求項２】
　前記第３の不純物濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１に記載の炭化珪素エピタキシャル基板（５１〜５３）。
　【請求項３】
（削除）
　【請求項４】
　前記第２の不純物濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１
または２
　【請求項５】
　前記第４の不純物濃度は１×１０１４ｃｍ−３以上、５×１０１６ｃｍ−３以下である、請求項１
、２または
　【請求項６】
　第１の面（Ｓ１）と前記第１の面（Ｓ１）と反対の第２の面（Ｓ２）とを有し、炭化珪素から作られたバッファ層（２９，２９ｖ）をさらに備え、
　前記第１の面（Ｓ１）は前記第２の炭化珪素層（２２）に面しており、前記第２の面（Ｓ２）は前記第３の炭化珪素層（２３）に面しており、前記バッファ層（２９，２９ｖ）は、前記第１の面（Ｓ１）から前記第２の面（Ｓ２）へ向かって連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有している、請求項１
、２、４または
　【請求項７】
　第１の面（Ｓ１）と前記第１の面（Ｓ１）と反対の第２の面（Ｓ２）とを有し、炭化珪素から作られたバッファ層（２９ｖ）をさらに備え、
　前記第１の面（Ｓ１）は前記第２の炭化珪素層（２２）に面しており、前記第２の面（Ｓ２）は前記第３の炭化珪素層（２３）に面しており、
　前記バッファ層（２９ｖ）の前記第１の面（Ｓ１）と前記第２の面（Ｓ２）との間の地点を中間地点とすると、前記バッファ層（２９ｖ）は、不純物濃度が、前記第１の面（Ｓ１）から前記中間地点へ向かって連続的に第１の減少率で減少し、かつ前記中間地点から前記第２の面（Ｓ２）へ向かって第２の減少率で連続的に減少する不純物濃度プロファイルを有しており、
　前記第１の減少率は前記第２の減少率よりも小さい、
請求項１
、２、４または
　【請求項８】
　第１の不純物濃度を有する一の導電型の炭化珪素単結晶基板（１０）と、
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）上に設けられ、前記第１の不純物濃度よりも低い第２の不純物濃度を有する前記一の導電型の第１の炭化珪素層（２１）と、
　前記第１の炭化珪素層（２１）上に設けられ、
５００ｎｍ以上の厚みを有し、
くかつ５×１０１８ｃｍ−３以上である
　前記第２の炭化珪素層（２２）上に設けられ、前記第２の不純物濃度よりも低い第４の不純物濃度を有する前記一の導電型の第３の炭化珪素層（２３）と、
　前記第３の炭化珪素層（２３）上に設けられた、前記一の導電型と異なる導電型の第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）と、
を備える、炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。
　【請求項９】
　前記炭化珪素単結晶基板（１０）に電気的に接続された第１の電極（１０１，２０１，３０１）と、
　前記第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）に電気的に接続された第２の電極（１０２，２０２，３０２）と、
をさらに備える、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。
　【請求項１０】
　前記第１の電極（１０１，２０１，３０１）は前記炭化珪素単結晶基板（１０）にオーミック接続されており、前記第２の電極（１０２，２０２，３０２）は前記第４の炭化珪素層（１２４，２２４，３２４）にオーミック接続されている、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置（１００，２００，３００）。