【事件の表示】
　特願２０１７−５６６０４６「窒化物系電界効果トランジスタ」拒絶査定不服審判事件について、次のとおり審決する。
【結　論】
　本件審判の請求は、成り立たない。
【理　由】
第１　手続の経緯
　本願は，平成２９年（２０１７年）１０月３日を国際出願日とする出願であって，その手続の経緯は以下のとおりである。
平成２９年１２月１９日　　　手続補正
平成３０年　１月２５日付け　拒絶理由通知
平成３０年　３月　７日　　　意見書・手続補正
平成３０年　５月２１日付け　拒絶査定（以下，「原査定」という。）
平成３０年　８月２８日　　　審判請求・手続補正（以下，「本件補正」という。）
　
第２　補正の却下の決定
［補正却下の決定の結論］
　本件補正を却下する。
［理由］
１　補正の内容
　本件補正により，本件補正前の特許請求の範囲の請求項１は，本件補正後の請求項１へ補正された。
（１）本件補正前
「【請求項１】
　基板と，
　前記基板の上に形成された窒化アルミニウムを有する核生成層と，
　前記核生成層の上に形成され，シリコン，酸素および炭素が添加された窒化ガリウムを有するバッファ層と，
　前記バッファ層の上に前記バッファ層に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたソース電極と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたドレイン電極と，
　前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたゲート電極と，を備え，
　前記バッファ層がＰ型であり，
　前記バッファ層の前記炭素の濃度は，前記核生成層側から前記バリア層側にかけて連続的もしくは不連続に減少し，前記バリア層に接する位置では５×１０１６ｃｍ−３以下であり，
　前記バッファ層の前記シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上であり，
　前記バッファ層の前記酸素の濃度は２×１０１５ｃｍ−３以上であることを特徴とする窒化物系電界効果トランジスタ。」
（２）本件補正後（当審で補正個所に下線を付した。下記（３）において同じ。）
「【請求項１】
　基板と，
　前記基板の上に形成された窒化アルミニウムを有する核生成層と，
　前記核生成層の上に形成され，シリコン，酸素および炭素が添加された窒化ガリウムを有するバッファ層と，
　前記バッファ層の上に前記バッファ層に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたソース電極と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたドレイン電極と，
　前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたゲート電極と，を備え，
　前記バッファ層がＰ型であり，　　　　　　
　前記バッファ層の前記炭素の濃度は，前記核生成層側から前記バリア層側にかけて連続的もしくは不連続に減少し，前記バリア層に接する位置では５×１０１６ｃｍ−３以下であり，
　前記バッファ層の前記シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上であり，
　前記バッファ層の前記酸素の濃度は２×１０１５ｃｍ−３以上であ
り，
　
前記バッファ層における前記シリコンと前記酸素の合計濃度は，前記バッファ層における前記炭素の濃度よりも低いこと
高周波動作
（３）補正事項
　本件補正は，本件補正前の請求項１に記載されていた「窒化物系電界効果トランジスタ」に「
高周波動作
前記バッファ層における前記シリコンと前記酸素の合計濃度は，前記バッファ層における前記炭素の濃度よりも低いこと
２　補正の適否
　本件補正事項は，特許請求の範囲の減縮を目的とするから，特許法１７条の２第４項の規定に適合し，同条５項２号に掲げるものに該当する。
　そこで，本件補正後の請求項１に記載された発明（以下，「本願補正発明」という。）が特許出願の際独立して特許を受けることができるものであるか否か（特許法１７条の２第６項で準用する同法１２６条７項）につき，更に検討する。
（１）本願補正発明
　本願補正発明は，本件補正後の請求項１に記載された，次のとおりのものと認める。（再掲）
「基板と，
　前記基板の上に形成された窒化アルミニウムを有する核生成層と，
　前記核生成層の上に形成され，シリコン，酸素および炭素が添加された窒化ガリウムを有するバッファ層と，
　前記バッファ層の上に前記バッファ層に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたソース電極と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたドレイン電極と，
　前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたゲート電極と，を備え，
　前記バッファ層がＰ型であり，　　　　　　
　前記バッファ層の前記炭素の濃度は，前記核生成層側から前記バリア層側にかけて連続的もしくは不連続に減少し，前記バリア層に接する位置では５×１０１６ｃｍ−３以下であり，
　前記バッファ層の前記シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上であり，
　前記バッファ層の前記酸素の濃度は２×１０１５ｃｍ−３以上であり，
　前記バッファ層における前記シリコンと前記酸素の合計濃度は，前記バッファ層における前記炭素の濃度よりも低いことを特徴とする高周波動作窒化物系電界効果トランジスタ。」
（２）引用文献及び引用発明
　ア　引用文献１について
（ア）引用文献１
　原査定の拒絶の理由に引用された，特開２０１６−１１５７０５号公報（以下，「引用文献１」という。）には，図面とともに，次の記載がある。（下線は当審で付加した。以下同じ。）
「【技術分野】
【０００１】
　本発明は，半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　窒化物半導体は，高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し，高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば，窒化物半導体であるＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり，Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きく，高い破壊電界強度を有する。そのため，ＧａＮ等の窒化物半導体は，高電圧動作かつ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
【０００３】
　窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては，電界効果トランジスタ，特に高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）についての報告が数多くなされている。例えば，ＧａＮ系のＨＥＭＴ（ＧａＮ−ＨＥＭＴ）では，ＧａＮを電子走行層として，ＡｌＧａＮを電子供給層として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＨＥＭＴが注目されている。ＡｌＧａＮ／ＧａＮからなるＨＥＭＴでは，ＧａＮとＡｌＧａＮとの格子定数差に起因した歪みがＡｌＧａＮに生じる。これにより発生したピエゾ分極及びＡｌＧａＮの自発分極差により，高濃度の２ＤＥＧ（Two-Dimensional Electron Gas：２次元電子ガス）が得られる。そのため，高効率のスイッチ素子，電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。また，回路設計と安全性の観点からは，ノーマリーオフ型の特性を有する窒化物半導体トランジスタの実現が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５１４２２号公報
【特許文献２】特開２０１２−９６３０号公報
【特許文献３】特開２００８−１２４３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　上述した窒化物半導体等の化合物半導体を用いた半導体装置においては，トランジスタ動作をさせた際に，オン抵抗の低いものが求められている。」
「【００１０】
　
〔第１の実施の形態〕
　最初に，
窒化物半導体を用いた半導体装置として窒化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ
（中略）
【００１２】
　尚，
電子走行層９３１は，２つのＧａＮ層により形成されており，バッファ層９２１が形成されている側をＧａＮバッファ層，電子供給層９３２が形成されている側をＧａＮチャネル層と呼ぶ場合がある。この場合，ＧａＮバッファ層は結晶性の良いＧａＮチャネル層を形成するために形成されており，ＧａＮチャネル層は本来の電子走行層として機能する。
（中略）
【００１６】
　（半導体装置）
　次に，本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は，図３（ａ）に示されるように，
シリコン基板１０の上に，不図示の核形成層，バッファ層２１，電子走行層３１，電子供給層３２が形成されている。電子供給層３２の上には，ゲート電極４１，ソース電極４２，ドレイン電極４３が形成されている。
核形成層は，膜厚が約１５０ｎｍのＡｌＮ等により形成されている。
【００１７】
　
バッファ層２１は反り制御バッファ層とも呼ばれるものであり，組成比の異なる複数のＡｌＧａＮ膜を積層することにより形成され
電子走行層３１は，膜厚が約１．３μｍのＧａＮ膜により形成されており，電子供給層３２は，
Ａｌ
０．２
Ｇａ
０．８
Ｎ膜により形成されている。
電子走行層３１と電子供給層３２との界面近傍における電子走行層３１には，２ＤＥＧ３１ａが生成される。
【００１８】
　不図示の核形成層，バッファ層２１，電子走行層３１，電子供給層３２等の窒化物半導体膜は，ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）またはＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成膜により形成することが可能である。本実施の形態においては，これらの窒化物半導体層は，ＭＯＣＶＤによるエピタキシャル成長により形成されている。
【００１９】
　本実施の形態においては，バッファ層２１及び電子走行層３１は成膜レートの高い条件で成膜されているため，
バッファ層２１及び電子走行層３１には，Ｃが不純物元素として含まれている。
【００２０】
　本実施の形態における半導体装置においては，
Ｃが含まれているバッファ層２１及び電子走行層３１には，Ｓｉがドープされている。
ＳｉはＣに比べて電子放出時定数が極めて短いことから，Ｓｉにトラップされた電子は短時間で放出されるため，電流コラプスの発生を抑制することができ，オン抵抗が高くなることを抑制することができる。
【００２１】
　具体的には，ＧａＮの伝導帯（コンダクションバンド）の下端と不純物元素であるＳｉの電子準位位置との差（活性化エネルギー）は０．０２ｅＶであり，ＧａＮの伝導帯の下端と不純物元素であるＣの電子準位位置との差は０．７ｅＶである。このため，後述する図６に基づくならば，Ｓｉの電子放出時定数は，Ｃの電子放出時定数に対し１０〜１１桁程度低いことから，Ｓｉは電子をトラップしても，極めて短時間で電子を放出する。
【００２２】
　一方，図１に示される構造の半導体装置においては，電子走行層９３１等にはＣが多く含まれているもののＳｉがドープされていないため，図５に示されるように，トランジスタ動作させた際に，電子走行層９３１等に含まれているＣにより電子がトラップされる。Ｃは電子放出時定数が長いことから，Ｃにトラップされた電子は，長い時間トラップされたままの状態となるため，この間，２ＤＥＧ９３１ａが減少し，電流コラプスが発生する。
【００２３】
　従って，本実施の形態における半導体装置においては，図４（ａ）に示されるように，Ｃが多く含まれている電子走行層３１等にはＳｉがドープされているため，ドープされているＳｉから放出された電子はＣにトラップされる。このため，電圧を印加しトランジスタ動作させた場合には，図４（ｂ）に示されるように，Ｃに電子がトラップされることはなく，電子は電子放出時定数が極めて短いＳｉにトラップされる。このように，
Ｓｉにトラップされた電子は，短時間で放出されるため，２ＤＥＧに与える影響も極めて少なく，電流コラプスの発生が抑制される。
（中略）
【００２６】
　図７に示されるように，ドープされるＣの濃度が，５×１０１６ｃｍ−３以上になると電流コラプス発生率が急激に高くなる。即ち，ドープされる不純物濃度が５×１０１６ｃｍ−３未満では，電流コラプスは殆ど発生しないが，ドープされる不純物濃度が５×１０１６ｃｍ−３以上になると電流コラプスが発生する。よって，電流コラプス現象に影響を与える不純物濃度は，５×１０１６ｃｍ−３以上であるものと考えられる。
【００２７】
　また，図８は，電子走行層３１に含まれるＣの濃度が１×１０１８ｃｍ−３の場合において，ドープされるＳｉの濃度と残留電子密度及び電流コラプス発生率との関係を示す。図８に示されるように，Ｓｉの濃度がＣの濃度である１×１０１８ｃｍ−３よりも多くなると，残留電子濃度が急激に増加する。このように残留電子濃度が増加すると，トランジスタにおけるオフ性能が低下するため，電流コラプスを抑制することができたとしても，電子走行層３１として用いることは好ましくない。尚，電流コラプス発生率は，Ｓｉの濃度が，Ｃの濃度の１／５以上となる２×１０１７ｃｍ−３以上において急激に低下する。
【００２８】
　また，図９は，電子走行層３１に含まれるＣの濃度が１×１０１７ｃｍ−３の場合において，ドープされるＳｉの濃度と残留電子密度及び電流コラプス発生率との関係を示す。この場合においても同様に，Ｓｉの濃度がＣの濃度である１×１０１７ｃｍ−３よりも多くなると，残留電子濃度が急激に増加する。このように，ドナーとしてドープされるＳｉ等の濃度は，アクセプタとしてドープされているＣ等の濃度未満であることが好ましい。
【００２９】
　よって，本実施の形態においては，
電子走行層３１等に含まれるＳｉ等のドナー濃度（ドナーとなる不純物元素の濃度）は，Ｃ等のアクセプタ濃度（アクセプタとなる不純物元素の濃度）未満であること，即ち，ドナー濃度＜アクセプタ濃度であることが好ましい。
電子走行層３１等に含まれるＳｉ等のドナー濃度は，５×１０
１６
ｃｍ
−３
以上であること，即ち，ドナー濃度≧５×１０
１６
ｃｍ
−３
であることが好ましい。
ドナーとなる不純物元素としてはＳｉ以外にはＯ（酸素）等が挙げられる。
【００３０】
　尚，本実施の形態における半導体装置は，Ｃが含まれている電子走行層３１にのみＳｉがドープされているものであってもよく，Ｃが含まれている電子走行層３１及びバッファ層２１にＳｉがドープされているものであってもよい。」
「【００４３】
　
〔第３の実施の形態〕
　次に，第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は，図１２に示されるように，
電子走行層３１等にドープされるＣの濃度が，深さ方向において濃度分布を有している場合において，ドープされるＳｉの濃度もＣの濃度に対応して深さ方向に濃度分布を有している。
【００４４】
　
尚，上記以外の内容については，第１の実施の形態と同様である。
「【００４５】
　
〔第４の実施の形態〕
　次に，第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は，
ＧａＮバッファ層が形成されている構造の半導体装置である。
ＧａＮバッファ層１３０は，膜厚が約１μｍのＧａＮ膜により形成されており，電子走行層１３１は，膜厚が約３００ｎｍのＧａＮ膜により形成されている。これにより，電子走行層１３１と電子供給層３２との界面近傍における電子走行層１３１には，２ＤＥＧ１３１ａが生成される。尚，半導体バッファ層であるＧａＮバッファ層１３０と電子走行層１３１とを併せたものが，電子走行層と記載される
【００４６】
　本実施の形態においては，
ＧａＮバッファ層１３０は，第１の実施の形態における電子走行層３１と同様に，成膜レートの早い条件により形成されており，Ｃが含まれているため，Ｓｉがドープされている。これに対し，電子走行層１３１は，Ｃが殆ど含まれないように，成膜レートの低い条件により形成されているため，Ｓｉはドープされてはいない。
（中略）
【００５０】
　
尚，上記以外の内容については，第１の実施の形態と同様である。
「【００６８】
　次に，
本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器は，第１から第５の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
【００６９】
　最初に，図１６に基づき，
本実施の形態における電源装置
第１から第５の実施の形態における半導体装置を一次側回路４６１のスイッチング素子４６６及び４６７として用いられている。
【００７０】
　次に，図１７に基づき，
本実施の形態における高周波増幅器
本実施の形態における高周波増幅器４７０は，例えば，携帯電話の基地局用パワーアンプに適用してもよい。
パワーアンプ４７３は，第１から第５の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を有している。
（イ）引用発明
　引用文献１には「第３の実施の形態」（【００４３】−【００４４】）が記載されており，「尚，上記以外の内容については，第１の実施の形態と同様である」（【００４４】）と記載されているから，「第１の実施の形態」（【００１０】−【００３０】）を参酌した上で，引用文献１には，次の発明（以下，「引用発明」という。）が記載されていると認められる。
「窒化物半導体を用いた電界効果型トランジスタであって，
　シリコン基板の上に，核形成層，バッファ層，電子走行層，電子供給層が形成されており，
　電子供給層の上には，ゲート電極，ソース電極，ドレイン電極が形成されており，
　核形成層はＡｌＮにより形成され，
　バッファ層は組成比の異なる複数のＡｌＧａＮ膜を積層することにより形成され，
　電子走行層はＧａＮ膜により形成されており，
　電子供給層はＡｌＧａＮ膜により形成されており，
　電子走行層と電子供給層との界面近傍における電子走行層には２ＤＥＧが生成され，
　バッファ層及び電子走行層には，Ｃが不純物元素として含まれており，Ｃの濃度が深さ方向において濃度分布を有し，ドープされるＳｉの濃度もＣの濃度に対応して深さ方向に濃度分布を有しており，Ｓｉ等のドナー濃度はＣ等のアクセプタ濃度未満であり，Ｓｉ等のドナー濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上であること。」
　イ　引用文献２について
　原査定の拒絶の理由に引用された，特開２０１４−２２２７１６号公報（以下，「引用文献２」という。）には，図面とともに，次の記載がある。
「【技術分野】
【０００１】
　本発明は，
半導体パワーデバイスに好適に用いられる１３族窒化物からなる窒化物半導体基板
【背景技術】
【０００２】
　ＧａＮをはじめとした１３族窒化物半導体は，次世代半導体パワーデバイス材料として注目されている。中でも，サファイアやシリコン等の異種材料からなる基板上に，１３族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させた窒化物半導体基板は，デバイス特性と製造コストとのバランス面でのメリットが多く，特に，６インチの大口径化が可能であるシリコン基板を用いたものは産業上の有用性が非常に高い。
【０００３】
　ところで，
窒化物半導体パワーデバイスにおいては，電流コラプス（電流スランプとも言う。）と呼ばれる現象が生じることが知られている。電流コラプスとは，電流をオフからオンにスイッチングする際，あたかもチャネルの抵抗が増大したかのように振る舞い，導通電流が減少してしまう現象である。
【０００４】
　電流コラプスの発生原因は，一般に，デバイス最表層の欠陥やバッファ層中の欠陥における電子トラッピングが関係していると言われている。このような電流コラプスを改善するための対策としては，ＳｉＮx膜等による最表層のパッシベーションや電界集中緩和のためのフィールドプレート構造等が知られている（例えば，特許文献１，２参照）。
【０００５】
　また，
電流コラプスに関連するバッファ層中のキャリアトラップサイトとしては，該バッファ層中の残留炭素により形成される深い準位の欠陥が知られている。
【０００６】
　さらに，特許文献４には，基板上に，ｎ型ＧａＮに炭素がドーピングされたバッファ層を介して窒化物半導体層を積層することにより，炭素原子の取り込み位置が制御され，効果的にキャリアが補償され，高抵抗のバッファ層を形成可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８６１３５号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７５６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５１１４４号公報
【特許文献４】特開２０１２−１７４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
　しかしながら，上記特許文献３に記載されているように，電流コラプスの抑制のためには，前記残留炭素の濃度は低い方が好ましい。その一方で，残留炭素は，ＧａＮ系半導体結晶を高抵抗化し，デバイスのリーク電流を低減させる作用がある。すなわち，バッファ層中の残留炭素濃度の制御においては，電流コラプス特性とリーク電流低減がトレードオフの関係となる。このため，バッファ層に炭素をドープすることのみによって，電流コラプス特性及びリーク特性の両方を同時に満足させるように改善することは，必ずしも容易ではない。」
「【発明を実施するための形態】
【００１６】
　以下，本発明を，図面を参照して，より詳細に説明する。
　図１に，本発明に係る窒化物半導体基板の層構造の一例を示す。図１に示す窒化物半導体基板は，シリコン単結晶基板１上に，バッファ層２，活性層３，電子供給層４が，順次積層された構成を備えている。これらの
バッファ層２，活性層３及び電子供給層４は，いずれも１３族窒化物からなる。
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）においては，活性層３と電子供給層４との界面直下に形成される２次元電子ガス層５がチャネルとなる。
「【００３０】
　また，
バッファ層２は，酸素濃度が５×１０
17
〜５×１０
18
ｃｍ
-3
であることが好ましい。
　従来，１３族窒化物中の酸素は，電流リークに対して悪影響を及ぼすため，できる限り低濃度とすることが好ましいとされていた。
　しかしながら，
炭素及びＳｉがいずれも高濃度で含まれる１３族窒化物においては，炭素とＳｉの存在により発生する欠陥が電流コラプスを悪化させるが，所定濃度の酸素の存在により，電流コラプスの悪化が緩和されるものと考えられる。すなわち，バッファ層２に含まれる酸素は，電流コラプスの抑制に寄与する。
【００３１】
　前記酸素濃度が５×１０17ｃｍ-3未満の場合は，ＳＩＭＳの測定下限領域であり，濃度制御が難しく，しかも，酸素濃度を精度よく保持するためには，特殊な成膜条件としなければならず，生産性の低下や膜質の劣化等が懸念される。一方，５×１０18ｃｍ-3超の場合は，酸素過多による電流コラプス悪化の影響が大きくなる。
　前記酸素濃度は，好ましくは５×１０17〜８×１０17ｃｍ-3である。」
　ウ　引用文献３について
　原査定の拒絶の理由に引用された，特開２０１４−０１７４２２号公報（以下，「引用文献３」という。）には，図面とともに，次の記載がある。
「【技術分野】
【０００１】
　本発明は，化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　窒化物半導体は，高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し，高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば，窒化物半導体であるＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであり，Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）及びＧａＡｓのバンドギャップ（１．４ｅＶ）よりも大きく，高い破壊電界強度を有する。そのためＧａＮは，高電圧動作且つ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
【０００３】
　
窒化物半導体を用いた半導体デバイス（窒化物半導体デバイス）としては，電界効果トランジスタ，特に高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）
高効率のスイッチ素子，電気自動車用等の高耐圧電力デバイス
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９６３０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９０３４号公報
【特許文献３】特開２００７−２５１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　廉価で高品質の窒化物半導体デバイスの実現には，例えば，汎用されているＳｉ基板上にエピタキシャル成長法により窒化物半導体層を形成することが必要である。
　しかしながら，Ｓｉと窒化物半導体との間では，格子不整合が大きく異なるだけでなく，熱膨張係数が大きく異なる。従って，高品質の窒化物半導体層を成長すべく，適切に設計されたバッファ層を用いる。
【０００６】
　バッファ層は，Ｓｉと窒化物半導体との格子不整合及び熱膨張係数の相違を可及的に解消すべく，比較的厚く形成される。そのため，このバッファ層を含む窒化物半導体の積層構造を用いてＨＥＭＴを構成したときに，バッファ層，或いは電子走行層の下層領域を介して電流のリーク（オフリーク電流）が発生するという問題がある。この場合，残留キャリア濃度の制御が困難であることから，オフリーク電流を抑制することは極めて難しく，耐圧の低下を招来する。
【０００７】
　本発明は，上記の課題に鑑みてなされたものであり，化合物半導体の結晶性を良好に保ち，
電流コラプスの発生を抑制するも，オフリーク電流を抑えて高い耐圧を実現する，
「【００１２】
　
（第１の実施形態）
　本実施形態では，化合物半導体装置として，窒化物半導体の
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを開示する。
　図１及び図２は，第１の実施形態によるＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴの製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお，図示は省略するが，素子分離領域にはアルゴン（Ａｒ）等の注入により素子分離構造が形成される。
（中略）
【００３１】
　図３は，本実施形態による
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴにおける各層の炭素（Ｃ）の濃度分布
　第１のバッファ層２では，Ｃ濃度は極めて低濃度，例えば５×１０17／ｃｍ3程度とされる。
　第２のバッファ層３では，その下面から上面に向かうほど，即ちＡｌＧａＮ層３ａ，３ｂ，３ｃの順でＣ濃度が高く，例えば１×１０18／ｃｍ3程度，５×１０18／ｃｍ3程度，１×１０19／ｃｍ3程度とされる。
　
電子走行層４では，その下層領域４ａでＣ濃度がＡｌＧａＮ層３ｃよりも高く，例えば５×１０
19
／ｃｍ
3
程度とされる。これに対して，上層領域４ｂでＣ濃度が第１のバッファ層２よりも低く，例えば２×１０
16
／ｃｍ
3
程度とされる。
【００３２】
　このＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴでは，第２のバッファ層３の全体で比較的多くの炭素（Ｃ）を含有している。また，電子走行層４の下層領域４ａで極めて高濃度にＣを含有している。Ｃの有する電子捕獲機能により，第２のバッファ層３及び電子走行層４の下層領域４ａにおける残留キャリア濃度が大幅に低減し，オフリーク電流が抑制されて耐圧が向上する。
【００３３】
　ここで，ＡｌＧａＮバッファ層，及びＧａＮ電子走行層の下層領域のＣ濃度を有意に高くした場合，電流コラプスの発生を惹起し，また電子走行層及び電子供給層を含む化合物半導体積層構造の結晶性を悪化させる懸念がある。
【００３４】
　電流コラプスは，化合物半導体積層構造のＣ含有量（Ｃのシート濃度）が多いほど大きくなる。本実施形態では，
電子走行層のオフリーク電流の発生箇所が下層領域であることから，電子走行層４の下層領域４ａのみのＣ濃度を高くすると共に，下層領域４ａ以外（上層領域４ｂ）では可及的にＣ濃度を低くする。この構成により，電子走行層４における残留キャリア濃度の発生を十分に抑止するも，電子走行層４のＣ含有量は総量では抑えられているために電流コラプスの発生が抑制される。
「【００７６】
　（第３の実施形態）
　本実施形態では，
第１の実施形態
から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを適用した電源装置を開示する。
　図８は，第３の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
【００７７】
　本実施形態による電源装置は，高圧の一次側回路３１及び低圧の二次側回路３２と，一次側回路３１と二次側回路３２との間に配設されるトランス３３とを備えて構成される。
　一次側回路３１は，交流電源３４と，いわゆるブリッジ整流回路３５と，複数（ここでは４つ）のスイッチング素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄとを備えて構成される。また，ブリッジ整流回路３５は，スイッチング素子３６ｅを有している。
　二次側回路２２は，複数（ここでは３つ）のスイッチング素子３７ａ，３７ｂ，３７ｃを備えて構成される。
【００７８】
　
本実施形態では，一次側回路４１のスイッチング素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅが，第１の実施形態
から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴとされている。
【００７９】
　本実施形態では，化合物半導体積層構造の結晶性を良好に保ち，
電流コラプスの発生を抑制するも，オフリーク電流を抑えて高い耐圧を実現する
信頼性の高い大電力の電源回路
【００８０】
　（第４の実施形態）
　本実施形態では，
第１の実施形態
から選ばれた１種のＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴを適用した高周波増幅器
　図９は，第４の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
【００８１】
　本実施形態による高周波増幅器は，ディジタル・プレディストーション回路４１と，ミキサー４２ａ，４２ｂと，パワーアンプ４３とを備えて構成される。
　ディジタル・プレディストーション回路４１は，入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー４２ａは，非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。
パワーアンプ４３は，交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり，第１の実施形態
【００８２】
　本実施形態では，化合物半導体積層構造の結晶性を良好に保ち，
電流コラプスの発生を抑制するも，オフリーク電流を抑えて高い耐圧を実現する
信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。
（３）本願補正発明と引用発明との対比
　ア　引用発明の「シリコン基板」は本願補正発明の「基板」に相当する。
　イ　引用発明において「シリコン基板の上に」「核形成層」「が形成され」「核形成層はＡｌＮにより形成され」るから，この「核形成層」は，本願補正発明の「前記基板の上に形成された窒化アルミニウムを有する核生成層」に相当する。
　ウ　引用発明の「電子走行層」は，「バッファ層」を介して「核生成層」の上に形成されており，「Ｃが不純物元素として含まれており，Ｃの濃度が深さ方向において濃度分布を有し，ドープされるＳｉの濃度もＣの濃度に対応して深さ方向に濃度分布を有しており，Ｓｉ等のドナー濃度はＣ等のアクセプタ濃度未満である」「ＧａＮ膜により形成される」ものであるから，「前記核生成層の上に形成され，シリコンおよび炭素が添加されたＧａＮ膜」ということができる。
　すると，引用発明の前記「ＧａＮ膜」と本願発明の「前記バッファ層の上に前記バッファ層に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層」とは，「前記核生成層の上に形成され，シリコンおよび炭素が添加されたＧａＮ膜」である点で共通する。
　エ　引用発明の「電子供給層」は「ＡｌＧａＮ膜により形成されており，電子走行層と電子供給層との界面近傍における電子走行層には２ＤＥＧが生成され」るから，前記ウを考慮すると，「前記ＧａＮ膜の上に前記ＧａＮ膜に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層」であるといえる。
　オ　引用発明において「電子供給層の上には，ゲート電極，ソース電極，ドレイン電極が形成されて」いるから，前記ウ及びエを考慮すると，「前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたソース電極と，前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたドレイン電極と，前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたゲート電極と，を備え」るといえる。
　カ　引用発明において「電子走行層」では「Ｓｉ等のドナー濃度はＣ等のアクセプタ濃度未満であり，Ｓｉ等のドナー濃度は５×１０１６ｃｍ−３以上である」から，「Ｐ型であり，シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上である」といえる。
　キ　引用発明の「窒化物を用いた電界効果型トランジスタ」は「窒化物系電界効果トランジスタ」であるといえる。
　ク　すると，本願補正発明と引用発明とは，下記ケの点で一致し，下記コの点で相違する。
　ケ　一致点
「基板と，
　前記基板の上に形成された窒化アルミニウムを有する核生成層と，
　前記核生成層の上に形成され，シリコンおよび炭素が添加されたＧａＮ膜と，
　前記ＧａＮ膜の上に前記ＧａＮ膜に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたソース電極と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたドレイン電極と，
　前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたゲート電極と，を備え，
　前記ＧａＮ膜がＰ型であり，　　　　　　
　前記ＧａＮ膜の前記シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上である，
ことを特徴とする窒化物系電界効果トランジスタ。」
　コ　相違点
（ア）相違点１
　本願補正発明のＧａＮ膜は「バッファ層」であるのに対し，引用発明のＧａＮ膜は「電子走行層」であり「バッファ層」であることが明示されない点。
（イ）相違点２
　本願補正発明ではバッファ層に「酸素」が添加され「前記バッファ層の前記酸素の濃度は２×１０１５ｃｍ−３以上であり，前記バッファ層における前記シリコンと前記酸素の合計濃度は，前記バッファ層における前記炭素の濃度よりも低い」のに対し，引用発明では「電子走行層」に酸素が添加されていない点。
（ウ）相違点３
　本願補正発明では「前記バッファ層の前記炭素の濃度は，前記核生成層側から前記バリア層側にかけて連続的もしくは不連続に減少し，前記バリア層に接する位置では５×１０１６ｃｍ−３以下であ」るのに対し，引用発明では「電子走行層」は「Ｃの濃度が深さ方向において濃度分布を有し」ているが「電子走行層と電子供給層との界面近傍」における濃度は不明である点。
（エ）相違点４
　本願補正発明の「窒化物系電界効果トランジスタ」は「高周波動作」するのに対し，引用発明の「窒化物を用いた電界効果型トランジスタ」は「高周波動作」するものかどうか不明である点。
（４）判断
　ア　相違点４について
　事案に鑑み，まず相違点４について判断する。
（ア）本願補正発明の「高周波動作」の意味について，一義的に明らかでないので，本願明細書の記載を参酌すると，窒化物半導体を用いた
高周波動作トランジスタ
高周波動作時のオン時の電流
この高周波動作時の電流の減少
（イ）さらに，「高周波動作」を「高周波」及び「動作」という用語に分けて，まず「高周波」について本願明細書には次の記載がある。
　寄生容量を低減させて
高周波特性を向上させる
　ＧａＮバッファ層１３の中にドープされた
炭素は電子を一旦捕獲しても捕獲準位に応じた時間で電子を放出するため，曲げられたバンドは一定時間後には再び元の状態に戻る。したがって，ゲート電圧によって設定されたドレインソース電流が変化するという現象が発生する。
　ＧａＮバッファ層１３の中にドープされた炭素の場合，
電子の放出時間は室温で１０〜１０００ミリ秒の間である。そして，トランジスタ動作がこの時間に干渉する周波数であった場合には，ゲート電圧によって設定されたはずのドレインソース間の電流が増減するという現象が発生してしまう
　ここで，「１０〜１０００ミリ秒」の時間内でトランジスタが動作すると，ドレインソース間の電流が増減してしまうというのであるから，その動作の周波数は，「１０〜１０００ミリ秒」を周波数換算した「１００〜１Ｈｚ」よりも高いものであり，そのうちでも，電子の放出が動作周波数に追随できなくなるような，比較的高い周波数を指して「高周波」というと解される。
（ウ）次に「動作」について本願明細書には次の記載がある。
　ＧａＮバッファ層中の残留炭素は遅延特性を伴う。ＨＥＭＴ構造のトランジスタを作成した場合には，
繰り返し動作
　この現象は，トランジスタの
反復動作
　すると，「高周波動作」の「動作」とは「繰り返し動作」であると解される。
（エ）そして，前記（ア）のとおり「高周波動作」は「オン」時を伴うものであり，他に明細書には「オフ」時について記載されている（段落０００８，００３０）ことからみて，「高周波動作」とは，比較的高い周波数での，「オン」時と「オフ」時との「繰り返し動作」すなわち，スイッチング動作であると認められる。
（オ）してみると，引用発明は，電源装置のスイッチング素子として動作するものであり（前記（２）ア（ア）【００６８】，【００６９】），電源装置のスイッチング周波数は数ＭＨｚ程度の比較的高い周波数であることが技術常識であるから，引用発明の「電界効果型トランジスタ」は「高周波動作」するものと認められる。
　よって，相違点４は実質的な相違点ではない。
（カ）なお，仮に，請求人の主張するように「高周波動作」を「高周波増幅」と同義と解したとしても，引用文献１（前記（２）ア（ア）【００２３】，【００６８】〜【００７０】）及び引用文献３（前記（２）ウ【００７６】〜【００８２】）には，スイッチング動作する電源回路用途と同様に高周波増幅用途に用いて電流コラプス発生を抑制することが記載されている。すると，電流コラプス抑制という課題はスイッチング動作及び高周波増幅に共通と認められ，してみると，引用文献２（前記（２）イ【０００３】）に記載されたパワーデバイスの電流コラプス抑制のための技術を引用文献１に記載された高周波増幅するＨＥＭＴに採用することは，動機付けがあるといえる。
　イ　相違点１について
　引用発明の「電子走行層」は「２つのＧａＮ層により形成されており，バッファ層が形成されている側をＧａＮバッファ層，電子供給層が形成されている側をＧａＮチャネル層」と呼び，「ＧａＮチャネル層は本来の電子走行層として機能する」（前記（２）ア（ア）【００１２】）のであるから，この「電子走行層」の少なくとも下方はバッファ層として機能している。したがって，引用発明の「電子走行層」の上方の機能である「ＧａＮチャネル層」すなわち「電子走行層」と呼ぶ代わりに，下方の機能である「バッファ層」と呼ぶことは可能であるから，相違点１は実質的な相違点ではない。
　ウ　相違点２について
　引用文献２には「半導体パワーデバイスに好適に用いられる１３族窒化物からなるＨＥＭＴにおいて，バッファ層に含まれる酸素は，電流コラプスの抑制に寄与すること。」（前記（２）イ【０００１】，【００３０】）が記載されており，引用発明は電源装置のスイッチング素子として動作する窒化物を用いた電界効果型トランジスタにおいて電流コラプスの発生を抑制するものである（前記（２）ア（ア）【００２０】，【００２３】）から，電流コラプスの発生を抑制するために，引用文献２に記載されているようにバッファ層に酸素を含ませることは，当業者が容易になしうることである。
　そして，その際に引用文献１には「電子走行層等に含まれるＳｉ等のドナー濃度は，Ｃ等のアクセプタ濃度未満であること」，「Ｓｉ等のドナー濃度は，５×１０１６ｃｍ−３以上であること」及び「ドナーとなる不純物元素としてはＳｉ以外にＯが挙げられること」（前記（２）ア（ア）【００２９】）が記載されているから，ＳｉとＯからなるドナー濃度が，Ｃの濃度未満で，５×１０１６ｃｍ−３以上となるように，酸素の濃度を設定することは，当業者が適宜なし得ることである。
　一方，本願明細書を精査しても「前記バッファ層の前記シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上であり，前記バッファ層の前記酸素の濃度は２×１０１５ｃｍ−３以上である」とする根拠，すなわち「炭素が生じさせるトラップにはすでにシリコンと酸素から発生した電子が比較的多く捕獲されてフェルミレベルが維持され」る（本願明細書段落００３４）際のシリコンと酸素の役割分担やそれぞれの濃度の下限の値について技術的意義は見いだせないから，相違点２に係る構成について格別の効果を認めることはできない。
　エ　相違点３について
　引用文献３には「高効率のスイッチ素子，電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとしてのＡｌＧａＮ／ＧａＮ・ＨＥＭＴにおいて，電子走行層の下層領域でＣ濃度が高く，これに対して上層領域でＣ濃度が低く２×１０16／ｃｍ3程度とされることで，電流コラプスの発生を抑制するも，オフリーク電流を抑えて高い耐圧を実現すること。」（前記（２）ウ【０００３】，【０００７】，【００３１】）が記載されており，引用発明における「Ｃの濃度」の「深さ方向における濃度分布」として，引用文献３に開示された具体的な濃度分布を採用して，電流コラプスの発生を抑制するように設計することは，当業者が容易になし得ることである。
（５）まとめ
　よって，本願補正発明は，引用文献１ないし３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から，特許法第２９条第２項の規定により，特許出願の際独立して特許を受けることができないものである。
３　むすび 
　したがって，本件補正は，特許法１７条の２第６項において準用する同法１２６条第７項の規定に違反するので，同法１５９条第１項の規定において読み替えて準用する同法５３条第１項の規定により却下すべきものである。
　
第３　本願発明の特許性の有無について
１　本願発明 
　本件補正は前記第２のとおり却下された。
　そして，本願の請求項１に係る発明（以下，「本願発明」という。）は，平成３０年３月７日にされた手続補正により補正された特許請求の範囲の請求項１に記載された，次のとおりのものと認める。
「【請求項１】
　基板と，
　前記基板の上に形成された窒化アルミニウムを有する核生成層と，
　前記核生成層の上に形成され，シリコン，酸素および炭素が添加された窒化ガリウムを有するバッファ層と，
　前記バッファ層の上に前記バッファ層に接して形成された窒化アルミニウムガリウムを有するバリア層と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたソース電極と，
　前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたドレイン電極と，
　前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記バリア層の上に直接または中間層を介して形成されたゲート電極と，を備え，
　前記バッファ層がＰ型であり，
　前記バッファ層の前記炭素の濃度は，前記核生成層側から前記バリア層側にかけて連続的もしくは不連続に減少し，前記バリア層に接する位置では５×１０１６ｃｍ−３以下であり，
　前記バッファ層の前記シリコンの濃度は１×１０１５ｃｍ−３以上であり，
　前記バッファ層の前記酸素の濃度は２×１０１５ｃｍ−３以上であることを特徴とする窒化物系電界効果トランジスタ。」
２　原査定の拒絶の理由
　原査定の拒絶の理由の概要は次のとおりである。
　本願の請求項１−５に係る発明は，その出願前に日本国内又は外国において，頒布された下記の刊行物に記載された発明又は電気通信回線を通じて公衆に利用可能となった発明に基いて，その出願前にその発明の属する技術分野における通常の知識を有する者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２０１６−１１５７０５号公報
２．特開２０１４−２２２７１６号公報
３．特開２０１４−０１７４２２号公報
３　引用文献
　引用文献１ないし３の記載及び引用発明は，前記第２の２（２）のとおりである。
４　判断
　本願発明は，本願補正発明から「高周波動作」及び「前記バッファ層における前記シリコンと前記酸素の合計濃度は，前記バッファ層における前記炭素の濃度よりも低いこと」という発明特定事項を取り除いたものである。（前記第２の１（３）参照。）
　そうすると，本願発明にさらに前記発明特定事項を付加したものに相当する本願補正発明が，前記第２の２（１）ないし（４）のとおり，引用文献１ないし３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から，本願発明も同様に，引用文献１ないし３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。
５　まとめ
　以上のとおり，本願発明は，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。
　
第４　結言 
　したがって，本願の請求項１に係る発明は，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から，その余の請求項について検討するまでもなく，本願は拒絶されるべきものである。 
　よって，結論のとおり審決する。