東京高等裁判所 昭和６２年（行ケ）５０号 判決
一 請求の原因一（特許庁における手続の経緯）、二（本願発明の要旨）及び三（審決の理由の要点）の事実は、当事者間に争いがない。
二 そこで、原告主張の審決の取消事由の存否について判断する。
１ 成立に争いのない甲第二号証、第三号証によれば、本願明細書には、本願発明の技術的課題（目的）、構成及び作用効果について、次のとおり記載されていることが認められる。
（一） 本願発明は、半導体注入型レーザと電子発光ダイオードを含むヘテロ構造の光放出ダイオードに関するものであつて（第四頁第一〇行ないし第一二行）、「半導体接合レーザにおいてコヒーレントな放射は広いエネルギーの帯域の間での電子の遷移、即ち導電帯と価電子帯の間の電子の遷移によつて生ずる。これらの接合、及び特にガリウムヒ素の接合は電流を直接与えることによつて接合のＰ側に電子を注入することによつて主にポンプされる。その注入温度は十分高速で十分な入力電力でポンプされるとき、一対の電子のエネルギ準位間で分布の反転が行なわれる。半導体レーザーではこの電力閾値は室温で108乃至109ワツト／立方センチメートル（あるいは105ワツト／平方センチメートル）になるであろう。一方ガスあるいは結晶レーザーにおける必要とされるポンピング電力は普通一乃至一〇〇〇ワツト／立方センチメートルの範囲内である。明らかに室温でそのような半導体レーザーが大きい電力を要求することは半導体を傷つけることなく長時間保持することが出来ない。多くの従来からの技術による素子においては電力（即ち等価的に電流密度）の閾値は室温に近い温度範囲では絶体温度の三乗に近似的に比例しているということが知られている。その結果一般に半導体レーザーは低温状態でより容易に操作される。たとえばガリウムヒ素レーザーは約一〇〇〇アンペア／平方センチメートルの閾値で液体窒素の温度（七七度Ｋ）において操作される。今日まで報告されている最も高い温度でのＣＷ操作はアブライド フイズイツクス レターズ一一・二九二（一九六七年）に報告されているように二〇〇度Ｋで・Ｊ・Ｃ・ダイメントとＬ・Ａ・タザロ他によつて達成されている」（第五頁第一四行ないし第七頁第七行）、「従来のガリウムヒ素注入レーザに関する重大な問題の一つはレーザ動作に対する閾値電流密度が室温近くで温度とともに急速に増加するという事実である。即ちそれは室温での閾値が液体窒素温度（七七度絶体温度）における閾値より約一〇〇分の五〇倍であるので近似的にＴ3に比例する。その結果液体窒素温度でたやすくレーザ動作するガリウムヒ素注入レーザは室温で大電流密度（例えば三〇、〇〇〇アンペア／立方センチメートル）を必要とする。そこではパルス動作だけが可能でＣＷ動作は可能でない。」（第三六頁第一三行ないし第三七頁第四行）との知見に基づいて、室温での閾値電流密度を小さくすることによつて室温連続動作が可能な半導体レーザを提供することを目的とするものである。
（二） 本願発明は、右目的を達成するため、その要旨とする特許請求の範囲（昭和五四年八月一五日付け手続補正書第三頁第二行ないし第一九行）記載の構成を採用したものであり、ことにＤＨ型半導体レーザにおいて、その中間層の厚さｔ1が中間層から放出される放射波の半波長より大きく〇・九五μより小さいことを特徴とするものであつて、中間層の上限及び下限を右のとおり限定する理由は次のとおりである。
「ＤＨは通常ｎ―ｎヘテロ接合、ｎ―Ｐホモ接合及びＰ―Ｐヘテロ接合を含み、ここにおいて最初の二つの接合はホールの拡散距離ＤH以下である距離ｄ2だけ離れており、次の二つの接合は電子の拡散距離ＤE以下である距離ｄ1だけ離れている。更に二つのヘテロ接合の分離（即ち中間領域の厚さｔ）は中間領域で測定された放射光の約二分の一波長（例えばGaAsでλ＝0.25ミクロン）より大きくなるだろう。即ち次の関係が満足されるだろう。
<省略>
（中略）中間領域の最大の厚さを限定する式(1)及び(2)の条件は、キヤリア制限の存在のためにキヤリアがヘテロ接合に到達でき、バンド構造のエネルギー・ステツプにより生じた電界によつて反発され得なければならないという事から生ずる。他方、中間領域の最小の厚さを制限する条件(3)はいくらか一層複雑で耐えることの出来る量の漏洩光学的電界（即ち導波管として動作する中間領域の外の電界）に関係している。過度な量のそのような漏洩は光学的吸収損失を増し、レーザ発光の閾値を増加させる放射と再結合の間の結合を減少する（即ち刺激された放出を減少させる）。ジヤーナル オブ アブライト フイズイツクス・38.4057（1967）のＤ・Ｆ・ネルソン他著の教えるところによる計算ではλ/2は近似的に下限を設定することを示している。GaAs（ガリウムヒ素）とその混合結晶ではλ/2<省略>0.125ミクロンである。」（第一〇頁第九行ないし第一二頁第九行）、「ＤＨダイオードがいずれも当業者に周知の手段によつて適当な光学共振器を与えられ、前方向バイアスされる時、Ｐ―ｎホモ接合（226）を通つて注入される電子はＰ―Ｐヘテロ接合（223）によつて反射され、放射性再結合される。そして正孔もまたＰ―ｎホモ接合（226）を通つて反対方向に注入を受けるが、それらはｎ―ｎヘテロ接合（225）によつて反射され又再結合される。従つて注入された正孔と電子は共に勿論方程式(1)―(3)によつて定義される規準にあうということが与えられ、室温でこれまで可能であつたよりも低い閾値になる中間領域（224）に電気的に制限されている。ガリウムヒ素の中間領域に対しては0.125ミクロン<省略>＜1ミクロン（たとえばｔ＝0.8ミクロン）であることが望ましい。（導波管を形成する）二つのヘテロ接合によつて作られる光学的制限は又いくらかより低い閾値にも寄与するということは記述されるべきことである。」（第二五頁第一四行ないし第二六頁第一三行）
（三） 本願発明は前記構成を採用したことにより、「中間領域の電子密度は第３Ｃ図の上部に示されるように増加される。更に新しいフエルミ準位EFC´´は従来の構造のものより高いエネルギ準位にある（即ち第３Ｂ図のE´FCより高い。）その結果第３Ｃ図に示されるように、大部分の電子はフエルミ準位EF´C近くに分布しており、従つて大部分の電子はレーザ動作に寄与することが出来、それによつて閾値を減少させる。」（第二〇頁第一八行ないし第二一頁第六行）、「二重ヘテロ構造ダイオードは二つのヘテロ接合の間の正孔と電子のいずれの制限も著しく増加させ、それによつて室温でＳＨダイオードより低い閾値をレーザ動作するということになるということがわかつた。」（第二四頁第五行ないし第一〇行）、「閾値のこの指数的温度依存の主な原因は第３Ａ図と第３Ｂ図を参照して前に説明されているような導電帯と価電子帯における温度とともにキヤリア分布が変化することである。高温における高い閾値は制限効果に加えて、前節に手短かに述べられ、上昇された温度における状態密度対エネルギを示す第４Ａ図、第４Ｂ図及び第４Ｃ図を参照してここに述べられるであろうような本発明の教えるところに従つてバンドの形を修正することによつて軽減されることが出来る。」（第三七頁第五行ないし第一五行）、すなわち、室温での連続波動作が可能な電流閾値を得るという作用効果を奏するものである。
２ 本願発明と第一引用例記載のものとが、「電子発光ダイオードもしくは半導体注入レーザとして少なくとも室温での連続波動作の可能な電流閾値を有する半導体装置であつて、異なるバンド・ギヤツプをそれぞれが有する共通導電型の第一と第二の半導体層、該半導体層の境界面に位置する第一のヘテロ接合及び第一のヘテロ接合に対面し該第一のヘテロ接合から狭い方のバンド・ギヤツプを有する半導体層（中間層）の反対側にあるＰ―ｎヘテロ接合であつて該第一のヘテロ接合へ向かつて該Ｐ―ｎヘテロ接合から注入される少数キヤリアの拡散長以下の距離だけ該第一のヘテロ接合から離間しているＰ―ｎ接合とからなる半導体装置」の構成で一致し、「前記第一のヘテロ接合と前記Ｐ―ｎヘテロ接合との間の前記中間の狭い方のバンド・ギヤツプ層（中間層）の厚さｔ1は、該中間層から放出される放射波の半波長より大きく〇・九五μより小さい」との構成が第一引用例に記載されていない点で相違することは、当事者間に争いがない。
原告は、右相違点についての審決の判断を争うので、この点について判断する。
まず、本願発明において中間層の厚さｔ1の上限を〇・九五μとする点について検討すると、成立に争いのない甲第五号証によれば、第一引用例には、FIG／（別紙図面（二）参照）にＤＨ型半導体レーザであるAIXGo1―xAs（P）―GoAs（P）―AIXGo1―xAs（n）ＤＨ注入レーザにおいて、中間層であるGaAs（P）の厚さを〇・九五mu（μ）とする具体例が示されているが、この数値とすることの根拠を示す何らの記載も存せず、かえつて、「層１は八五〇度Ｃから八三〇度Ｃへと、層２は八三〇度Ｃから八二九度Ｃないし八一五度Ｃへと、そして層３は層２の温度が停止したところから開始され別な五度Ｃから一五度Ｃへと低下されて成長された。層３の成長が開始された正確な温度は第二（GaAs）層（～一ないし三μｍ）の異なる厚さを得るため多少個々に変化された。」（第三二六頁右欄第七行ないし第一四行）、「Ｌ<省略>125μｍそして～一μｍの活性領域の厚さｄのダイオードに関して閾値（五・七KA）で100cm-1である。損失αはd＝1～2μｍのダイオードに関して15―35cm-1であつた。」（第三二七頁左欄第二八行ないし第三一行）と記載されていることが認められるから、第一引用例記載のものにおいては、ダイオードの層２、すなわち、中間層（GaAs層）を一ないし三μの厚さとしたこと、及び活性領域の厚さｄが一μまでのダイオードを用いたことが理解できる。
右記載事項によれば、第一引用例には、中間層の厚さｔ1を最も薄い場合で〇・九五μとすることが示されているだけで、中間層の厚さｔ1を〇・九五μ以下とすること、換言すれば、中間層の厚さｔ1の上限を〇・九五μとすることは全く記載されておらず、そのことを示唆する記載もないというべきである。
この点に関して、被告は、審決の認定、判断のとおり、「第一引用例には、ＤＨ型半導体レーザの室温における閾値電流密度の温度依存性に言及し、ホール注入の除去により、より薄い活性領域の利用を、かつ一層低い閾値電流密度を得ることを可能にし、キヤリア閉じ込めの改良が非常に高い利得をもたらすという技術的思想が記載されている。したがつて、室温において、電流閾値をより低下できるＤＨ型半導体レーザは、その中間層の厚さｔ1を〇・九五μより小さくすると実現できることは、第一引用例記載のものに基づいて当業者が容易に予測できたものである。」と主張する。
前掲甲第五号証によれば、第一引用例には、「FIG３に、Jthの温度依存性がＤＨ、ＳＨ及びホモ構造GaAsダイオードに関して示されている。最も注目すべきはＤＨレーザにおける低い閾値、ホール注入の消去及びＱスイツチ領域であり、それらは我々の最高実験温度である三八〇度Ｋの温度でJthに関し小さな温度係数を維持している。このことは、第一と第二の層間での価電子帯におけるエネルギーステツプの存在の結果として我々の先の研究に基づいて予想されていた。ホール注入の消去はより薄い活性層の使用を可能ならしめそして更に低い閾値を得させる。」（第三二七頁左欄第一〇行ないし第三四行）と記載されていることが認められるから、第一引用例には、審決認定のとおり、ホール注入の除去により、より薄い活性領域の利用を、かつ一層低い閾値電流密度を得ることを可能にし、キヤリア閉じ込めの改良が非常に高い利得をもたらすという技術的思想が示されているということができる。
しかしながら、第一引用例に示されている右技術的思想は、単に半導体レーザの中間層の厚さを薄くすると高い利得をもたらすというにとどまり、中間層の厚さの上限についての数値を限定することについて何らの示唆を与えるものではない。かえつて、第一引用例は中間層の厚さｔ1は一ないし三μが用いられることを示すものであることは前述のとおりであり、この記載から中間層の厚さを〇・九五μ以下とすることを読み取ることはできず、結局、第一引用例は、室温において電流閾値をより低下できるＤＨ型半導体レーザは、その中間層の厚さを小さくすると実現できることを示唆するにとどまり、中間層の厚さを〇・九五μより小さくすることについては何ら示唆するものではないというべきである。
したがつて、「室温において、電流閾値をより低下できるＤＨ型半導体レーザは、その中間層の厚さｔ1を〇・九五μより小さくすると実現できることは、第一引用例記載のものに基づいて当業者が容易に予測できたものである。」とした審決の認定、判断は、第一引用例記載の技術内容を誤認したことに基づくものであつて、誤りである。
次に、本願発明において中間層の厚さｔ1の下限を中間層から放出される放射波の半波長より大きくする点について検討すると、成立に争いのない甲第七号証によれば、第三引用例は、南日康夫著「GaxAI1-x As―Ga Asレーザ その動作解析」と題する技術論文であつて、ヘテロ接合半導体レーザにおいて、その活性層の厚さ「ｄが光の波長に近づくと、光のしみ出し効果が無視出来なくなり、結果として損失が非常に大きくなつて来る。」（第九頁第一六行ないし第一八行）と記載されていることが認められ、右記載によれば、第三引用例は、中間層の厚さｄが放射波の波長に近づくと光のしみ出し効果が無視できなくなり、損失が非常に大きくなつてくるという問題点を認識しているものであつて、中間層の厚さの下限が放射波の波長であると特定しているものでないということができる。
しかしながら、右記載は「ｄが光の波長に近づくと」と述べているだけであつて、放射波の波長以下にすることについては何ら記載されてなく、むしろ、前掲甲第七号証によれば、右「ｄが光の波長に近づくと」との記載は、その直前の「ｄが小さくなり過ぎると、レーザ動作をしなくなることは、電子集中化モデルでは、キヤリアのトンネリングを考えれば説明される。しかしトンネルがはたして起きているかどうかについての確証はない。むしろ光集中化モデルの方に分がありそうである。」（第九頁第一三行ないし第一六行）に続く記載であることが認められることからすれば、中間層の厚さの下限を光の波長に近い厚さにすることは光のしみ出しにより閾値電流密度の低下に悪影響を及ぼすことを指摘したものと理解できるものである。しかも、前掲甲第七号証によれば、第三引用例の第５図（別紙図面（三）参照）には、温度を変化させたときの中間層の厚さｄによる閾電流値1thの変化が図示されており、右第５図によると、絶対温度三〇〇度Ｋのときには中間層の厚さ二・五μで閾電流値（閾値電流）密度が最低になり、これより厚さを薄くすると閾値電流密度は増加を始め、厚さを一・五μ以下にすると急速に増加するであろうこと、及び絶対温度が七七度Ｋのときには中間層の厚さ二μで閾値電流密度が最低になり、これより厚さを薄くすると閾値電流密度は増加を始め、厚さをおよそ〇・八μ以下にすると急速に増加するであろうことが理解でき、また、第１表（別表）には、中間層の厚さｄと閾電流値Ithとβ、αの関係（ｘ（ガリウムの成分比）〇・五、絶対温度三〇〇度Ｋ）が示され、ｄが一・七μの場合に閾値電流密度が最も低いことが記載されており、かつ「このヘテロ接合レーザの発光波長はGaAs接合レーザのそれと同じで、液体窒素温度で八四〇〇Å、室温で九〇〇〇Å付近である。」（第四頁第二行ないし第四行）と記載されていることが認められ、右記載事項によれば、絶対温度七七度Ｋで使用するときでも中間層の厚さをおよそ〇・八μ以下にすることは閾値電流密度を引き下げるという観点からは不適当であることを示唆しているものであつて、GaAsレーザの場合の放射波の半波長は〇・一二五μであること（このことは当事者間に争いがない。）からみて、第三引用例は、中間層の厚さの下限については放射波の半波長とはかけ離れた数値を示しているにとどまるというべきである。
そうすると、第三引用例には、中間層の厚さを放射波の波長に近づけることは記載されていても、中間層の厚さを放射波の波長以下にすることについては記載も示唆もされておらず、まして、中間層の厚さの下限を半波長とすることを何ら示唆するものでないというべきである。
この点に関して、被告は、審決の認定、判断するとおり、「第三引用例は中間層の厚さｄが放射波の波長に近づくと光のしみ出し効果が無視できなくなり、損失が非常に大きくなつてくるという問題点を認識しているものであつて、中間層の厚さの下限が放射波の波長であると特定しているものではない。中間層の厚さが零であるということは、ＤＨ型半導体レーザにおいてはあり得ないから、中間層の厚さの下限が放射波の波長より小さく零よりも大きい範囲内に存在することは、第三引用例記載のものに基づいて当業者が容易に予測できるものである」と主張する。
しかしながら、第三引用例には、中間層の厚さの下限を放射波の波長の半波長以上とすることが示されていないこと前述のとおりであるから、中間層の厚さが零であるということは、ＤＨ型半導体レーザにおいてあり得ないとしても、このことから、第三引用例の記載に基づき、中間層の厚さの下限が放射波の波長より小さく零よりも大きい範囲内に存在することは、当業者が容易に予測できるとすることは、根拠がないというべきであつて、被告の右主張は採用できない。
したがつて、本願発明において、中間層の厚さの下限を中間層から放出される放射波の半波長とした点について、第三引用例記載のものに基づいて当業者が容易に予測できるものとした審決の認定、判断は、第一引用例記載の技術内容を誤認したことに基づくものであつて、誤りである。
３ 以上のとおりであるから、審決は、第一引用例及び第三引用例記載の技術内容を誤認した結果、本願発明と第一引用例記載の相違点についての判断を誤り、本願発明は第一引用例、第二引用例、第三引用例記載のものに基づいて当業者が容易に発明をすることができたとしたものであつて、違法として取消しを免れない。
三 よつて、審決の取消しを求める原告の本訴請求は正当としてこれを認容することとする。
〔編註その一〕 本願発明の要旨は左のとおりである。
電子発光ダイオードもしくは半導体注入レーザとして少なくとも室温での連続波動作の可能な電流閾値を有する半導体装置であつて、異なるバンド・ギヤツプをそれぞれが有する共通導電型の第一と第二の半導体層、該半導体層の境界面に位置する第一のヘテロ接合及び該第一のヘテロ接合に対面し該第一のヘテロ接合から狭い方のバンド・ギヤツプを有する半導体層（中間層）の反対側にあるｐ―ｎヘテロ接合であつて該第一のヘテロ接合に向かつて該ｐ―ｎヘテロ接合から注入される少数キヤリアの拡散長以下の距離ｔ1だけ該第一のヘテロ接合から離間しているｐ―ｎヘテロ接合とからなる半導体装置において；
前記第一のヘテロ接合と前記ｐ―ｎヘテロ接合との間の前記中間の狭い方のバンド・ギヤツプ層の厚さｔ1は、該中間層から放出される放射波の半波長より大きく〇・九五μより小さいことを特徴とする半導体装置（別紙図面（一）参照）
〔編註その二〕 本件に関する図面は左のとおりである。
別紙図面（一）
<省略>
<省略>
<省略>
別紙図面（二）
FIG.1
<省略>
FIG.3（省略）
別紙図面（三）
<省略>
（以下省略）