JP7338509B2 - 基板及び発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、基板及び発光素子に関する。

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の第１３族元素の窒化物は半導体である。第１３族元素の窒化物の結晶は、青色帯から紫外帯にわたる短波長光を発する発光素子、又はパワートランジスタの材料として注目されている。

例えば、深紫外線発光ダイオード等の発光素子は、ＡｌＮの結晶からなるバッファー層を備える。このバッファー層は、サファイア基板の表面に形成される。そして、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層等の窒化物半導体層をバッファー層の表面に順次積層することにより、発光素子が製造される。バッファー層が窒化物半導体層とサファイア基板との間に介在することにより、窒化物半導体とサファイア（α‐Ａｌ_２Ｏ_３）との格子不整合が抑制され、格子不整合に起因する貫通転位が抑制される。その結果、発光層等の窒化物半導体層の結晶性が向上し、発光素子の発光効率が向上する。

発光素子に用いられる一般的な基板の場合、バッファー層の（０００１）面が、サファイア基板の（０００１）面上に形成される。一方、下記特許文献１に記載の基板の場合、バッファー層の（０００１）面が、酸窒化アルミニウム層を介してサファイア基板の（１１－２０）面上に形成され、バッファー層の（１－１００）面が、サファイア基板の（１－１００）面と平行である。下記特許文献１に記載の基板の製造方法では、バッファー層の結晶性を向上するために、サファイア基板の直接的な還元窒化（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ‐Ｎｉｔｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）により、酸窒化アルミニウム層及びバッファー層が、サファイア基板の表面に形成される。また下記特許文献２に記載の基板の場合、バッファー層の結晶性を向上するために、バッファー層の（０００１）面が、サファイア基板の（０００１）面又は（１１０）面上に形成される。下記特許文献２に記載の基板の製造方法においても、サファイア基板の直接的な還元窒化により、バッファー層がサファイア基板の表面に形成される。

特開２００４‐１３７１４２号公報 特開２０１９‐６４８７０号公報

有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ； ＭＯＣＶＤ）によってバッファー層を上記特許文献１及び２に記載の基板の表面上で成長させる場合、バッファー層の結晶性は基板の良好な結晶性を引き継ぎ難い。例えば、Ｏｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向におけるバッファー層の（０００１）面のロッキングカーブの半値全幅は、元々基板の表面に形成されているＡｌＮ層の（０００１）面のロッキングカーブの半値全幅よりも大きい。そして、バッファー層の厚さの増加に伴って、バッファー層の（０００１）面のロッキングカーブの半値全幅が増加し易い。つまり、バッファー層の成長に伴って、バッファー層の結晶性が劣化する。バッファー層が結晶性に劣る場合、バッファー層上に形成される窒化物半導体層（発光層等）の結晶性も劣化してしまう。その結果、発光素子の発光効率が低下してしまう。

本発明は、結晶性に優れた窒化アルミニウム層を有する基板、及び当該基板を備える発光素子を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る基板は、結晶質の窒化アルミニウムを含む窒化アルミニウム層と、結晶質のα‐アルミナを含むサファイア層と、を備え、窒化アルミニウム層が、サファイア層の表面に直接重なっており、窒化アルミニウムの（０００１）面が、サファイア層の表面に略平行であり、α‐アルミナの（１１－２０）面が、サファイア層の表面に略平行であり、窒化アルミニウムの（１１－２０）面が、α‐アルミナの（１－１００）面に略平行である。

窒化アルミニウム層の表面の面内（Ｉｎ‐Ｐｌａｎｅ）方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブ（ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ）の半値全幅(ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ， ＦＷＨＭ)が、０秒以上５００秒以下（０ａｒｃｓｅｃоｎｄ以上５００ａｒｃｓｅｃоｎｄｓ以下）であってよい。

窒化アルミニウム層の表面の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が、５０秒以上３００秒以下であってよい。

窒化アルミニウム層が、希土類元素、アルカリ土類元素及びアルカリ金属元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の添加元素を含んでよい。

窒化アルミニウム層のうち窒化アルミニウム層及びサファイア層の境界に沿う境界領域が、添加元素を含んでよく、添加元素が、希土類元素、アルカリ土類元素及びアルカリ金属元素からなる群より選ばれる少なくとも一種の元素であってよく、境界領域における添加元素の含有量の合計が、０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下であってよい。

窒化アルミニウム層の厚さが、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってよい。

窒化アルミニウム層の厚さが、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってよい。

ＲＣ１（１－１００）は、窒化アルミニウム層の表面の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブであってよく、ＲＣ２（１－１００）は、窒化アルミニウム層のうちサファイア層の表面からの距離が１００ｎｍ以下である領域に含まれる窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブであってよく、ＲＣ２（１－１００）は、サファイア層の表面に略平行な面内方向において測定されてよく、ＲＣ１（１－１００）の半値全幅は、ＲＣ２（１－１００）の半値全幅よりも小さくてよい。

本発明の一側面に係る基板は、発光素子に用いられてよい。

本発明の一側面に係る発光素子は、上記の基板を備える。

本発明の一側面に係る発光素子は、上記の基板と、上記の窒化アルミニウム層に重なるｎ型半導体層と、ｎ型半導体層に重なる発光層と、発光層に重なるｐ型半導体層と、を備えてよい。

本発明によれば、結晶性に優れた窒化アルミニウム層を有する基板、及び当該基板を備える発光素子が提供される。

図１は、本発明の一実施形態に係る基板の模式的な断面図である。 図２は、窒化アルミニウムの結晶構造の模式的な斜視図である。 図３は、窒化アルミニウムの結晶構造の単位胞（ｕｎｉｔ ｃｅｌｌ）における基本ベクトル、結晶方位及び結晶面を示す模式図である。 図４は、α‐アルミナの結晶構造の斜視図及び上面図である。 図５は、α‐アルミナの結晶構造の単位胞における基本ベクトル、結晶方位及び結晶面を示す模式図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る基板に含まれる窒化アルミニウム及びα‐アルミナ其々の結晶面の方位を示す模式図である。 図７は、従来の基板に含まれる窒化アルミニウム及びα‐アルミナ其々の結晶面の方位を示す模式図である。 図８は、面内方向におけるロッキングカーブの測定方法（φスキャン）を示す模式図である。 図９は、ＲＣ１（１－１００）の一例、及びＲＣ２（１－１００）の一例である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る基板を備える発光素子の模式的な断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態が説明される。図面において、同等の構成要素には同等の符号が付される。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。図１、図８及び図１０に示されるＸ，Ｙ及びＺは、互いに直交する３つの座標軸を意味する。各座標軸が示す方向は、図１、図８及び図１０に共通する。

（基板）
本実施形態に係る基板は、窒化アルミニウム層と、サファイア層と、を備える。本実施形態に係る基板の構造は、図１に示される。図１は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１及びサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に垂直な基板１０の断面である。図１に示されるように、窒化アルミニウム層Ｌ１は、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に直接重なっている。窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１は、平坦であってよい。サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２も平坦であってよい。積層方向Ｚにおける窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴは、略均一であってよい。積層方向Ｚにおけるサファイア層Ｌ２の厚さも、略均一であってよい。積層方向Ｚにおける基板１０全体の厚さも、略均一であってよい。

窒化アルミニウム層Ｌ１は、結晶質の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む。結晶質の窒化アルミニウムは、窒化アルミニウムの単結晶であってよい。窒化アルミニウム層Ｌ１は、結晶質の窒化アルミニウムのみからなっていてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１は、結晶質の窒化アルミニウムに加えて、後述される添加元素Ｍを更に含んでよい。添加元素Ｍは、結晶質の窒化アルミニウム中に含有されてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１は、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）及び添加元素Ｍのみから構成されていてよい。窒化アルミニウムの結晶性が損なわれない限りにおいて、窒化アルミニウム層Ｌ１は、Ａｌ、Ｎ及び添加元素Ｍに加えて、他の元素（不純物等）を含んでよい。例えば、窒化アルミニウム層Ｌ１のうち窒化アルミニウム層Ｌ１及びサファイア層Ｌ２の境界に沿う境界領域が、微量の酸素（Ｏ）を含んでよい。つまり、窒化アルミニウム層Ｌ１においてサファイア層Ｌ２に面する領域は、微量の酸素を含んでよい。窒化アルミニウム層Ｌ１は、Ａｌ、Ｎ、添加元素Ｍ及びＯのみから構成されていてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１及びサファイア層Ｌ２の境界は、窒素の有無によって特定されてよい。つまり境界は、Ａｌ及びＮの両方が検出される層（窒化アルミニウム層Ｌ１）と、Ａｌ及びＯが検出され且つＮが検出されない層（サファイア層Ｌ２）との界面と定義されてよい。

窒化アルミニウム層Ｌ１に含まれる窒化アルミニウムの結晶構造は、六方晶系のウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）型構造である。窒化アルミニウムのウルツ鉱型構造は、図２に示される。ウルツ鉱型構造の単位胞は、図３に示される。基本ベクトル、結晶方位及び結晶面の表記のために、図３中の原子は省略されているが、ウルツ鉱型構造の単位胞ｕｃ１（正六角柱）の１２個の頂点其々には、アルミニウムが配置される。図３中のａ_１、ａ_２、ａ_３及びｃは、ウルツ鉱型構造の単位胞ｕｃ１を構成する基本ベクトル（結晶軸）である。ａ_１の方位は［１０００］である。ａ_２の方位は［０１００］である。ａ_３の方位は［００１０］である。ｃの方位は［０００１］である。ａ_１、ａ_２及びａ_３其々の長さは、互いに等しい。ａ_１、ａ_２及びａ_３のいずれもｃに垂直である。ａ_１、ａ_２及びａ_３が互いになす角度は、１２０度（ｄｅｇｒｅｅｓ）である。図２及び図３に示されるように、窒化アルミニウムの結晶構造はｃ軸に対する回転対称性を有するので、窒化アルミニウムの（１１－２０）面、（－２１１０）面及び（１－２１０）面は、面方位において等価である。したがって、（－２１１０）面及び（１－２１０）面は、（１１－２０）面とみなされてよい。窒化アルミニウムの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１１－２０）面との間の角度は、９０度である。（１１－２０）面と（－２１１０）面との間の角度は６０度であるので、（１－１００）面と（－２１１０）面との間の角度は、９０度＋６０度（つまり１５０度）である。（１１－２０）面と（１－２１０）面との間の角度は－６０度であるので、（１－１００）面と（１－２１０）面との間の角度は、９０度－６０度（つまり３０度）である。したがって、窒化アルミニウムの結晶構造内において（－２１１０）面及び（１－２１０）面が（１１－２０）面とみなされる場合、窒化アルミニウムの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１１－２０）面との間の角度は、９０度、１５０度、及び３０度である。仮にα‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度が±３０度である場合、窒化アルミニウムの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１１－２０）面との間の角度は、９０度、１５０度、及び３０度であるので、α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１１－２０）面との間の角度は、±３０度＋９０度、±３０度＋１５０度、及び±３０度＋３０度である。つまり、仮にα‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度が±３０度である場合、α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１１－２０）面との間の角度は、０度（１８０度）、６０度及び１２０度である。したがって、α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度が±３０度である場合、窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、α‐アルミナの（１－１００）面に平行である。つまり、α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度が±３０度である場合、（１１－２０）面、（－２１１０）面及び（１－２１０）面のうちいずれか一つの窒化アルミニウムの結晶面は、必ずα‐アルミナの（１－１００）面に平行である。窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、窒化アルミニウムの（０００１）面に垂直である。窒化アルミニウムの（１－１００）面も、α‐アルミナの（０００１）面に垂直である。窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、窒化アルミニウムのａ面と言い換えられてよい。窒化アルミニウムの（１－１００）面は、窒化アルミニウムのｍ面と言い換えられてよい。窒化アルミニウムの（０００１）面は、窒化アルミニウムのｃ面と言い換えられてよい。

サファイア層Ｌ２は、結晶質のα‐アルミナ（α‐Ａｌ_２Ｏ_３）を含む。結晶質のα‐アルミナは、α‐アルミナの単結晶（つまりサファイア）であってよい。サファイア層Ｌ２は、結晶質のα‐アルミナのみからなっていてよい。α‐アルミナの結晶性が損なわれない限りにおいて、サファイア層Ｌ２は、アルミニウム及び酸素以外の元素（不純物等）を含んでよい。例えば、サファイア層Ｌ２のうち窒化アルミニウム層Ｌ１及びサファイア層Ｌ２の境界に沿う境界領域が、微量の添加元素Ｍを含んでよい。つまり、サファイア層Ｌ２において窒化アルミニウム層Ｌ１に面する領域は、微量の添加元素Ｍを含んでよい。

サファイア層Ｌ２に含まれるα‐アルミナの結晶構造は、コランダム（ｃｏｒｕｎｄｕｍ）型構造である。コランダム型構造は、正確には菱面体晶（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ ｃｒｙｓｔａｌ）であるが、コランダム型構造は六方晶で近似されてよい。α‐アルミナのコランダム型構造は、図４に示される。図４に示される六角形の図形は、ｃ軸方向からみられるコランダム型構造（正六角柱）におけるアルミニウム原子及び酸素原子の配置を示している。コランダム型構造の単位胞は、図５に示される。基本ベクトル、結晶方位及び結晶面の表記のために、図５中の原子は省略されているが、コランダム型構造の単位胞ｕｃ２（正六角柱）の１２個の頂点其々には、酸素が配置される。図５中のａ_１、ａ_２、ａ_３及びｃは、コランダム型構造の単位胞ｕｃ２を構成する基本ベクトル（結晶軸）である。ａ_１の方位は［１０００］である。ａ_２の方位は［０１００］である。ａ_３の方位は［００１０］である。ｃの方位は［０００１］である。ａ_１、ａ_２及びａ_３其々の長さは、互いに略等しい。ａ_１、ａ_２及びａ_３のいずれもｃに略垂直である。ａ_１、ａ_２及びａ_３が互いになす角度は、略１２０度である。α‐アルミナの（１－１００）面は、α‐アルミナの（１１－２０）面に略垂直である。α‐アルミナの（０００１）面は、α‐アルミナの（１１－２０）面に略垂直である。α‐アルミナの（１－１００）面は、α‐アルミナの（０００１）面に略垂直である。α‐アルミナの（１１－２０）面は、α‐アルミナのａ面と言い換えられてよい。α‐アルミナの（１－１００）面は、α‐アルミナのｍ面と言い換えられてよい。α‐アルミナの（０００１）面は、α‐アルミナのｃ面と言い換えられてよい。

以下では、窒化アルミニウム層Ｌ１及び窒化アルミニウムが、同義語として用いられる場合がある。以下では、サファイア層Ｌ２及びα‐アルミナが、同義語として用いられる場合がある。

窒化アルミニウム層Ｌ１中の窒化アルミニウムの（０００１）面は、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に略平行であり、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１１－２０）面も、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に略平行である。窒化アルミニウム層Ｌ１中の窒化アルミニウムの（０００１）面は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１に略平行であってよく、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１１－２０）面も、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１に略平行であってよい。つまり、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面方位は［０００１］であり、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２の面方位は［１１-２０］であり、窒化アルミニウム層Ｌ１中の窒化アルミニウムの（０００１）面は、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１１－２０）面に略平行である。窒化アルミニウム層Ｌ１中の窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１－１００）面に略平行である。窒化アルミニウム層Ｌ１中の窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１、及びサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に対して略垂直である。サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１－１００）面も、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１、及びサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に対して略垂直である。

上述された窒化アルミニウム及びα‐アルミナ其々の結晶面の方位の相対的な関係は、図６中に示される。図示の便宜上、図６（及び後述される図７）において、窒化アルミニウム（ｕｃ１）の（０００１）面はα‐アルミナ（ｕｃ２）の（１１－２０）面に重なっていないが、実際には、窒化アルミニウムの（０００１）面はα‐アルミナの（１１－２０）面に重なっている。窒化アルミニウムの（１１－２０）面がα‐アルミナの（１－１００）面に略平行となるように、窒化アルミニウムの（０００１）面がα‐アルミナの（１１－２０）面に対して平行に形成される場合、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２上に成長する窒化アルミニウム層Ｌ１は、サファイア層Ｌ２の高い結晶性を引き継ぎ易い。その結果、本実施形態に係る基板１０は、結晶性に優れた窒化アルミニウム層Ｌ１を有することができる。

図７に示すように、窒化アルミニウムの（１－１００）面がα‐アルミナの（１－１００）面に略平行となるように、窒化アルミニウムの（０００１）面がα‐アルミナの（１１－２０）面に対して平行に形成される場合、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２上に成長する窒化アルミニウム層Ｌ１は、サファイア層Ｌ２の高い結晶性を引き継ぎ難い。したがって、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面方位が［０００１］であり、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２の面方位が［１１-２０］であり、窒化アルミニウム層Ｌ１の（１－１００）面がサファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行である場合、基板１０は、結晶性に優れた窒化アルミニウム層Ｌ１を有することが困難である。

窒化アルミニウム層Ｌ１の結晶性は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブに基づいて評価されてよい。（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が小さいほど、窒化アルミニウム層Ｌ１の（１－１００）面の配向度が高く、窒化アルミニウム層Ｌ１は結晶性に優れている。ロッキングカーブは、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１のφスキャンによって測定される。

φスキャンの概要は、図８に示される。φスキャンは、Ｉｎ Ｐｌａｎｅ測定の一種である。説明の便宜上、基板１０は円盤（ウェハー）であり、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の形状は、円である。φスキャンでは、基板１０が窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の中心に対して回転する。つまり、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の中心は基板１０の回転中心であり、φは基板１０の回転角である。φの単位は、秒（ａｒｃｓｅｃоｎｄ）である。φスキャンでは、入射Ｘ線がＸ線源ＸＲから窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の中心へ照射される。方向ｄ１は、入射Ｘ線の方向である。φスキャンに用いる入射Ｘ線は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１に略平行である。入射Ｘ線は、窒化アルミニウムの（１－１００）面において回折され、回折Ｘ線として検出器Ｄによって検出される。φスキャンによって測定される回折Ｘ線は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１に略平行である。基準点が、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１において入射Ｘ線が照射される位置（つまり表面Ｓ_Ｌ１の中心）と定義される場合、方向ｄ２は、基準点から検出器Ｄへ向かう方向である。つまり方向ｄ２は、入射Ｘ線が照射される位置に対する検出器Ｄの方向である。２θ_２は、窒化アルミニウムの（１－１００）面に由来する回折Ｘ線の回折角である。φスキャンとは、方向ｄ１と方向ｄ２との間の角度を回折角２θ_２に固定し、窒化アルミニウムの（１－１００）面に由来する回折Ｘ線の強度を、φの変化に伴って連続的に測定する方法である。窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブは、窒化アルミニウムの（１－１００）面に由来する回折Ｘ線の強度のツイスト（ｔｗｉｓｔ）分布と言い換えられてよい。回折Ｘ線の強度の単位は、例えば、ｃｐｓ（ｃоｕｎｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃоｎｄ）であってよい。

図９に示されるＲＣ１（１－１００）及びＲＣ２（１－１００）は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの具体例である。各ロッキングカーブの横軸はΔφである。各ロッキングカーブの縦軸は、回折Ｘ線の強度である。各ロッキングカーブの横軸における原点は、窒化アルミニウムの（１－１００）面に由来する回折Ｘ線の強度が最大であるφに対応する。φ_０が、窒化アルミニウムの（１－１００）面に由来する回折Ｘ線の強度が最大であるφと定義される場合、窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブは、φが（φ_０－Δφ）以上（φ_０＋Δφ）以下である範囲における（１－１００）面の回折Ｘ線の強度の分布である。入射Ｘ線は、銅（Ｃｕ）の特性Ｘ線（ＣｕＫα線）であってよく。窒化アルミニウムの（１－１００）面に由来する回折Ｘ線の回折角２θ_２は、３３．２２度（ｄｅｇｒｅｅｓ）であってよい。

窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、０秒以上５００秒以下、好ましくは５０秒以上３００秒以下であってよい。（１－１００）面のロッキングカーブは、窒化アルミニウム層Ｌ１全体の平均的な結晶性を示す。窒化アルミニウム層Ｌ１とサファイア層Ｌ２との間の格子不整合に因り、窒化アルミニウム層Ｌ１及びサファイア層Ｌ２の境界近傍に位置する窒化アルミニウムの結晶性は良くない。しかし本実施形態では、上述の理由により、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２上に成長する窒化アルミニウム層Ｌ１は、サファイア層Ｌ２の高い結晶性を引き継ぎ易い。したがって、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２からの窒化アルミニウムの距離の増加に伴って、窒化アルミニウムの結晶性が高まる。その結果、成長後の窒化アルミニウム層Ｌ１の（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、成長初期段階の窒化アルミニウム層Ｌ１の（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅よりも小さくなり易い。換言すれば、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴの増加（窒化アルミニウム層Ｌ１の成長）に伴って、窒化アルミニウム層Ｌ１の（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は減少し易い。（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が５００秒以下である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１は十分に高い結晶性を有するので、窒化アルミニウム層Ｌ１上に形成される窒化物半導体層（発光層等）の結晶性も高まり易い。その結果、基板１０から形成された発光素子の発光効率が高まり易い。理論的に最も好ましいロッキングカーブの半値全幅はゼロであるが、本実施形態において容易に達成できる半値全幅は、５０秒程度である。窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、１００秒以上４７０以下、１７０秒以上４７０秒以下、又は１００秒以上２８０秒以下であってもよい。

サファイア基板の表面を直接還元窒化することによって窒化アルミニウム層が形成される場合、面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、５００秒よりも大きい傾向がある。サファイア基板の表面を直接還元窒化することによって、サファイア基板に直接重なる酸窒化アルミニウム層と、酸窒化アルミニウム層に直接重なる窒化アルミニウム層が形成される場合も、面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、５００秒よりも大きい傾向がある。

サファイア基板の表面を直接還元窒化することによって窒化アルミニウム層が形成される場合、面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、窒化アルミニウム層（バッファー層）の厚さの増加に伴って必ずしも十分に減少しない。サファイア基板の表面を直接還元窒化することによって窒化アルミニウム層が形成される場合、面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、窒化アルミニウム層（バッファー層）の厚さの増加に伴って増加する可能性もある。

図９中のＲＣ１（１－１００）は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブであってよい。図９中のＲＣ２（１－１００）は、窒化アルミニウム層Ｌ１のうちサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２からの距離が１００ｎｍ以下である領域に含まれる窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブであってよい。ＲＣ２（１－１００）は、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に略平行な面内方向において測定される。集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ； ＦＩＢ）による窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の切削により、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴを１００ｎｍ以下に調整した後、ＲＣ１（１－１００）と同様のφスキャンによってＲＣ２（１－１００）が測定されてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１の形成過程において窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが１００ｎｍ以下である時点においてＲＣ２（１－１００）が測定されてよく、窒化アルミニウム層Ｌ１の成長が完了した時点でＲＣ１（１－１００）が測定されてよい。上述の通り、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴの増加（窒化アルミニウム層Ｌ１の成長）に伴って、窒化アルミニウム層Ｌ１の（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が減少し易い。したがって、ＲＣ１（１－１００）の半値全幅は、ＲＣ２（１－１００）の半値全幅よりも小さい。

図７に示すように、窒化アルミニウムの（１－１００）面がα‐アルミナの（１－１００）面に略平行となるように、窒化アルミニウムの（０００１）面がα‐アルミナの（１１－２０）面に対して平行に形成される場合、ＲＣ１（１－１００）の半値全幅は、ＲＣ２（１－１００）の半値全幅よりも大きい。

窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴは、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってよい。窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが５０ｎｍ以上である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１が十分に厚く、窒化アルミニウム層Ｌ１がサファイア層Ｌ２から受ける応力の影響が低減され易い。その結果、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が、０秒以上５００秒以下になり易い。窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが５００ｎｍ以上である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１の形成に要する時間が長く、基板１０の生産性が低下する。窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが１０００ｎｍ以上である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴの増加量に対するロッキングカーブの半値全幅の減少量の比率が小さくなる。つまり、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが１０００ｎｍ以上である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１を厚くすることの費用対効果が小さい。窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴは、上記の範囲に限定されない。例えば、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴは、５０ｎｍ以上５μｍ以下であってもよい。窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さは、エリプソメーター（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）によって測定されてよい。

サファイア層Ｌ２の厚さは、例えば、５０μｍ以上３０００μｍ以下であってよい。基板１０全体の厚さは、サファイア層Ｌ２の厚さと窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴの合計である。

窒化アルミニウム層Ｌ１に含まれる添加元素Ｍは、希土類元素、アルカリ土類元素及びアルカリ金属元素からなる群より選ばれる少なくとも一種である。つまり、添加元素Ｍは、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）及びラジウム（Ｒａ）からなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。

窒化アルミニウム層Ｌ１が添加元素Ｍを含む場合、窒化アルミニウム層Ｌ１の（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１が高い結晶性を有し易い。また窒化アルミニウム層Ｌ１が添加元素Ｍを含む場合、窒化アルミニウム層Ｌ１の形成過程において、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが増加し易く、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１が平滑になり易い。添加元素Ｍを含む窒化アルミニウム層Ｌ１の高い結晶性と表面の平滑性に因り、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１に形成される半導体層における結晶欠陥が抑制され易く、半導体層の結晶性も高まり、半導体層の平滑な表面が形成され易い。

添加元素Ｍは、窒化アルミニウム層Ｌ１とサファイア層Ｌ２との間の境界近傍に存在してよい。例えば、窒化アルミニウム層Ｌ１のうち窒化アルミニウム層Ｌ１及びサファイア層Ｌ２の境界に沿う境界領域が、上記の添加元素Ｍを含んでよい。境界領域が添加元素Ｍを含む場合、境界領域に応力が集中し易く、窒化アルミニウム層Ｌ１全体の反りが抑制され易い。反りが抑制された窒化アルミニウム層Ｌ１を備える基板１０は、発光素子の製造に適している。境界領域が、Ａｌ、Ｏ及びＮに比べてイオン半径が大きい添加元素Ｍを含む場合、境界領域に応力が集中し易い。境界領域に含まれる添加元素Ｍの少なくとも一部は、Ｅｕ及びＣａのうち少なくとも一種であってよい。境界領域が、Ｅｕ及びＣａのうち少なくとも一種を含むことにより、境界領域に起因する上記の効果が得られ易い。境界領域における添加元素Ｍの含有量の合計は、０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下、又は１０質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下であってよい。境界領域における添加元素Ｍの含有量の合計の最大値が、０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下、又は１０質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下であってよい。境界領域における添加元素Ｍの含有量の合計が０．１質量ｐｐｍ以上（好ましくは１０質量ｐｐｍ以上）である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１が、高い結晶性と十分な厚さＴを有し易い。境界領域における添加元素Ｍの含有量の合計が２００質量ｐｐｍ以下である場合、窒化アルミニウム及びα‐アルミナ以外の組成物（例えば、添加元素Ｍに由来する化合物）が基板１０中に形成され難く、窒化アルミニウム層Ｌ１が高い結晶性を有し易い。窒化アルミニウム層Ｌ１のうち境界領域を除く部分における添加元素Ｍの含有量の合計は、境界領域における添加元素Ｍの含有量の合計よりも小さくてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１のうち境界領域を除く部分は、添加元素Ｍを含まなくてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１における添加元素Ｍの含有量の合計は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１からサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に向かう方向に沿って減少してよい。

上記の境界領域は、窒化アルミニウム層Ｌ１のうちサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２からの距離が１０００ｎｍ以下、５００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、又は５０ｎｍ以下である領域であってよい。境界領域は、Ａｌ，Ｏ、Ｎ、及び添加元素Ｍから選ばれる少なくとも一つの元素を含んでよい。境界領域は、Ａｌ、Ｎ及び添加元素Ｍのみから構成されてよい。境界領域は、Ａｌ、Ｎ、Ｏ及び添加元素Ｍのみから構成されてよい。境界領域は、Ａｌ、Ｎ及びＯのみから構成されていてもよい。境界領域におけるＮの含有量は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１からサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に向かう方向に沿って減少してよい。一方、境界領域におけるＯの含有量は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１からサファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に向かう方向に沿って増加してよい。

窒化アルミニウム層Ｌ１の結晶性が損なわれない限りにおいて、窒化アルミニウム層Ｌ１は、微量の酸窒化アルミニウムを含んでもよい。例えば、窒化アルミニウム層Ｌ１のうち上記の境界領域が、微量の酸窒化アルミニウムを含んでもよい。ただし、酸窒化アルミニウムは、窒化アルミニウム層Ｌ１の結晶性を損ない易い。また酸窒化アルミニウムは、光の反射の一因であり、基板１０を備える発光素子の発光能を損ない易い。したがって、窒化アルミニウム層Ｌ１は酸窒化アルミニウムを含まないことが好ましい。酸窒化アルミニウムの具体的組成は限定されないが、例えば、酸窒化アルミニウムは下記化学式１で表されてよい。下記化学式１中のＶｐは、陽イオンの空孔であり、下記化学式１中のｘは、２より大きく６未満である。
Ａｌ_{（６４＋ｘ）／３}Ｖｐ_{（８－ｘ）／３}Ｏ_３２－ｘＮ_ｘ （１）

窒化アルミニウム層Ｌ１の結晶性は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１のＯｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向において測定される窒化アルミニウムの（０００１）面のロッキングカーブに基づいて評価されてもよい。（０００１）面のロッキングカーブの半値全幅が小さいほど、Ｏｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向における窒化アルミニウム層Ｌ１の（０００１）面の配向度が高く、窒化アルミニウム層Ｌ１は結晶性に優れている。窒化アルミニウムの（０００１）面のロッキングカーブは、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１のωスキャンによって測定される。

ＲＣ１（０００１）は、窒化アルミニウム層Ｌ１の表面のＯｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向において測定される窒化アルミニウムの（０００１）面のロッキングカーブであり、ＲＣ２（０００１）は、窒化アルミニウム層Ｌ１のうちサファイア層の表面からの距離が１００ｎｍ以下である領域に含まれる窒化アルミニウムの（０００１）面のロッキングカーブであり、ＲＣ２（０００１）は、サファイア層の表面に略垂直なＯｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向において測定され、ＲＣ１（０００１）の半値全幅は、ＲＣ２（０００１）の半値全幅よりも小さくてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴの増加（窒化アルミニウム層Ｌ１の成長）に伴って、Ｏｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向における窒化アルミニウム層Ｌ１の（０００１）面のロッキングカーブの半値全幅が減少し易い。ＦＩＢによる窒化アルミニウム層Ｌ１の表面Ｓ_Ｌ１の切削により、窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴを１００ｎｍ以下に調整した後、ＲＣ１（０００１）と同様のωスキャンによってＲＣ２（０００１）が測定されてよい。窒化アルミニウム層Ｌ１の形成過程において窒化アルミニウム層Ｌ１の厚さＴが１００ｎｍ以下である時点においてＲＣ２（０００１）が測定されてよく、窒化アルミニウム層Ｌ１の成長が完了した時点でＲＣ１（０００１）が測定されてよい。

（基板の製造方法）
基板１０の製造方法は、少なくともスパッタリング工程と、スパッタリング工程に続く還元窒化工程を備える。基板１０の製造方法は、スパッタリング工程及び還元窒化工程に加えて、ＭＯＣＶＤ工程を更に備えてよい。各工程の詳細は以下の通りである。

スパッタリング工程では、スパッタリングにより酸窒化アルミニウム層がサファイア基板の一方の表面に形成される。サファイア基板は、基板１０を構成するサファイア層Ｌ２に相当する。サファイア基板の表面の方位は、［１１－２０］である。つまり、酸窒化アルミニウム層が形成されるサファイア基板の表面は、サファイア基板を構成するα‐アルミナの（１１－２０）面に平行である。サファイア基板の寸法（ｄｉｍｅｎｓｉоｎ）及び形状は、特に限定されない。サファイア基板の厚さは、例えば、５０μｍ以上３０００μｍ以下であってよい。サファイア基板は、円盤（ウェハー）であってよい。ウェハーの直径は、例えば、５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であってよい。酸窒化アルミニウム層は、Ａｌ、Ｏ及びＮを含む層である。酸窒化アルミニウム層の組成及び構造は限定されない。酸窒化アルミニウム層の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってよい。酸窒化アルミニウム層の厚さは、スパッタリングの継続時間、及びスパッタリング中のターゲット（Ａｌの単体）に与えられる入力パワー（電力密度）によって制御されてよい。酸窒化アルミニウム層は、還元窒化工程において形成される窒化アルミニウム層の前駆体である。酸窒化アルミニウム層の厚さは、還元窒化工程において形成される窒化アルミニウム層の厚さと略同じであってよい。したがって、酸窒化アルミニウム層の厚さに基づいて、還元窒化工程において形成される窒化アルミニウム層の厚さが制御されてよい。酸窒化アルミニウム層の厚さは、エリプソメーターによって測定されてよい。スパッタリングは、窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）及びアルゴン（Ａｒ）の混合ガス（原料ガス）中で実施されてよい。窒化アルミニウム層を構成するＮ及びＯは、原料ガスに由来する。

還元窒化工程では、酸窒化アルミニウム層が形成されたサファイア基板を窒素ガス中で加熱することにより、酸窒化アルミニウム層が還元窒化される。酸窒化アルミニウム層の還元窒化により、酸窒化アルミニウム層中の酸素が窒素で置換され、酸窒化アルミニウム層が窒化アルミニウム層Ｌ１ａになる。サファイア基板の表面ではなく酸窒化アルミニウム層を還元窒化することにより、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（０００１）面が、サファイア層Ｌ２の（１１－２０）面に略平行になり、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になる。還元窒化工程では、酸窒化アルミニウム層の全体が窒化アルミニウム層Ｌ１ａになってよい。つまり、還元窒化工程後、酸窒化アルミニウム層は残存しなくてよい。

還元窒化工程では、サファイア基板の表面ではなく、酸窒化アルミニウム層が還元窒化されるため、還元窒化の過程において、酸窒化アルミニウム層中の酸素が窒素で置換されるだけはなく、酸窒化アルミニウム層中のＡｌも熱に因って動き易い。その理由は、酸窒化アルミニウム層中のＡｌは、サファイア基板に由来するＡｌではなく、スパッタリング工程によってサファイア基板の表面に蒸着されたＡｌであり、強固な結晶構造中に固定されていないからである。還元窒化の過程で窒素だけでなくＡｌの位置も変動し易いので、サファイア基板の表面（（１１－２０）面）の面内方向における窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶面の配向性が変動し易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶構造が、エネルギーが低い状態へ安定化され易い。その結果、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になる。

サファイア基板の表面（（１１－２０）面）を直接還元窒化することによって、窒化アルミニウム層がサファイア基板の表面に形成される場合、サファイア基板中の酸素が窒素で置換されるが、サファイア基板を構成するＡｌは動き難い。その結果、還元窒化の過程において、サファイア基板の表面の面内方向における窒化アルミニウム層の結晶面の配向性は変動し難く、サファイア基板の結晶面の配向性と一致し易い。したがって、サファイア基板の表面が直接還元窒化される場合、窒化アルミニウム層の（０００１）面は、サファイア層の（１１－２０）面に略平行になり得るが、窒化アルミニウム層の（１－１００）面はサファイ層の（１－１００）面に略平行になり易い。同様の理由から、サファイア基板の表面（（１１－２０）面）を直接還元窒化することによって、サファイア層の表面に重なる酸窒化アルミニウム層と、酸窒化アルミニウム層に重なる窒化アルミニウム層が形成される場合も、窒化アルミニウム層の（０００１）面は、サファイア層の（１１－２０）面に略平行になり得るが、窒化アルミニウム層の（１－１００）面はサファイア基板の（１－１００）面に略平行になり易い。

窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１１－２０）面がサファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になる理由は、還元窒化工程における上記メカニズムに限定されない。

還元窒化工程前に、添加元素Ｍが、酸窒化アルミニウム層の表面の一部又は全体に付着されることが好ましい。例えば、添加元素Ｍを含む有機金属化合物の溶液が、酸窒化アルミニウム層の表面に塗布されてよい。さらに、溶液が塗布されたサファイア基板を大気中で加熱することにより、有機成分のみが分解及び焼失されてよい。添加元素Ｍを含む有機金属化合物の溶液として、有機金属分解法(Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ： ＭＯＤ)に用いられる有機金属化合物の溶液が用いられてよい。

還元窒化工程において、添加元素Ｍは、酸窒化アルミニウム層の還元窒化を促進する。つまり、添加元素Ｍが付着した酸窒化アルミニウム層が窒素ガス中で加熱される場合、添加元素Ｍが酸窒化アルミニウム層の表面から酸素（Ｏ^２－）を引き抜き、酸素欠陥が酸窒化アルミニウム層の表面に形成される。窒素は酸素欠陥へ導入され、酸素欠陥を通じて酸窒化アルミニウム層の表面から酸窒化アルミニウム層の内部へ熱拡散し易い。還元窒化工程では、添加元素Ｍが窒素ガスと反応して添加元素Ｍの窒化物が生成してよい。Ｍの窒化物が酸窒化アルミニウム層中の酸素と反応して、添加元素Ｍの酸化物とＡｌＮが生成してよい。上記のような添加元素Ｍの作用に因り、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（０００１）面が、サファイア層Ｌ２の（１１－２０）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶性が高まり易い。添加元素Ｍは窒化アルミニウム層Ｌ１ａ中に残存してよい。少なくとも一部の添加元素Ｍは、添加元素Ｍの酸化物として、窒化アルミニウム層Ｌ１ａから離脱してもよい。

酸窒化アルミニウム層の表面に付着する少なくとも一部の添加元素Ｍは、ユウロピウム及びカルシウムのうち少なくとも一種であることが好ましい。酸窒化アルミニウム層の表面に付着する少なくとも一部の添加元素Ｍは、ユウロピウムであることがより好ましい。ユウロピウム又はカルシウムは、電気陰性度が比較的小さい元素である。したがって、ユウロピウム又はカルシウムは酸窒化アルミニウム層の表面から酸素（Ｏ^２－）を引き抜き易く、酸素欠陥が酸窒化アルミニウム層の表面に形成され易い。その結果、窒素が酸素欠陥を介して酸窒化アルミニウム層内へ熱拡散し易い。また、ユウロピウム又はカルシウムは、添加元素Ｍの中でも比較的融点が低い元素である。したがって、ユウロピウム又はカルシウムは、低温においても、半ば液相として酸窒化アルミニウム層の表面全体へ拡散し易い。その結果、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（０００１）面が、サファイア層Ｌ２の（１１－２０）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶性が高まり易い。

還元窒化工程におけるサファイア基板の温度が１６３０℃以上になると、光の反射の一因である酸窒化アルミニウムがサファイア基板中に生成し易い。特にサファイア基板の温度が１７００℃以上である場合、酸窒化アルミニウムがサファイア基板中に生成し易い。しかし、１６８０℃以下である温度で、添加元素Ｍが付着した酸窒化アルミニウム層が窒素ガス中で加熱される場合、サファイア基板中の酸窒化アルミニウムの生成を十分に抑制しながら、酸窒化アルミニウム層を還元窒化することができる。

上述の通り、ユウロピウム及びカルシウムは、比較的低温においても、酸窒化アルミニウム層の表面全体へ十分に拡散し易く、酸窒化アルミニウム層の表面から酸素を引き抜き易い。したがって、窒素ガス中で加熱されるサファイア基板の温度が、窒化アルミニウムが生成し難い低温であっても、ユウロピウム及びカルシウムのうち少なくとも一方を用いることにより、酸窒化アルミニウム層の還元窒化により、高い結晶性を有する窒化アルミニウム層Ｌ１ａを形成し易い。窒化アルミニウムが生成し難い低温とは、例えば、１６３０℃未満又は１６００℃以下である。しかし、添加元素Ｍを用いることにより、１６３０℃未満である温度で、サファイア基板中の酸窒化アルミニウムの生成を抑制しながら、高い結晶性を有する窒化アルミニウム層Ｌ１ａを形成することができる。

ユウロピウム及びカルシウムよりも融点が高い添加元素Ｍを用いた場合、添加元素Ｍを酸窒化アルミニウム層の表面全体へ拡散させるために、ユウロピウム又はカルシウムを用いる場合よりも高温でサファイア基板を加熱しなければならない。しかし、サファイア基板の温度が高いほど、光の反射の一因である酸窒化アルミニウムがサファイア基板中に生成し易い。

窒素ガス中で加熱されるサファイア基板の温度（還元窒化温度）は、１５５０℃以上１７００℃以下、１６００℃以上１６８０℃以下、又は１６００℃以上１６３０℃未満であってよい。窒素ガスを酸窒化アルミニウム層内へ熱拡散させるためには、還元窒化温度が少なくとも１５５０℃以上であることが好ましい。還元窒化温度が１７００℃以下、より好ましくは１６３０℃未満である場合、サファイア基板中の酸窒化アルミニウムの生成を抑制することができる。添加元素Ｍが用いられない場合、１６３０℃以上の還元窒化温度において酸窒化アルミニウムがサファイア基板中で生成され易い。一方、添加元素Ｍが用いられる場合、１６３０℃未満又は１６００℃以下である還元窒化温度で、サファイア基板中の酸窒化アルミニウムの生成を抑制しながら、酸窒化アルミニウム層を還元窒化することができる。還元窒化温度が１６００℃以上１６３０℃未満である場合、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（０００１）面が、サファイア層Ｌ２の（１１－２０）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の（１－１００）面に略平行になり易く、窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶性が高まり易い。

還元窒化の継続時間、添加元素Ｍの使用量、及び窒素ガスの分圧又は供給量は、酸窒化アルミニウム層の厚さに応じて制御されてよい。還元窒化の継続時間が長いほど、酸窒化アルミニウム層の還元窒化が促進される。酸窒化アルミニウム層の表面に付着する添加元素Ｍが多いほど、酸窒化アルミニウム層の還元窒化が促進される。窒素ガスの分圧又は供給量が大きいほど、酸窒化アルミニウム層の還元窒化が促進される。

還元窒化工程は、少なくとも二回実施されてよい。例えば、添加元素Ｍが用いられる場合、サファイア基板を上記の還元窒化温度で短時間加熱した後、より長時間にわたってサファイア基板を上記の還元窒化温度で加熱してよい。１度目の加熱により、添加元素Ｍが酸窒化アルミニウム層の表面全体に均一に拡散し易い。続く２度目の長時間の加熱により、窒素が酸窒化アルミニウム層の表面から内部へ斑なく拡散し易い。一回目の還元窒化工程の継続時間は、１時間以上８時間以下であってよい。二回目の還元窒化工程の継続時間は、１時間以上１０８時間以下であってよい。

窒素ガス中での酸窒化アルミニウム層の還元窒化は、炭素粉末の存在下で実施されてよい。添加元素Ｍによって酸窒化アルミニウム層から引き抜かれた酸素が、雰囲気中の炭素と反応して一酸化炭素が生成する。

以上の方法により、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に直接重なる窒化アルミニウム層Ｌ１ａが形成される。以上の方法により、基板１０が完成されてよい。説明の便宜のため、還元窒化工程において形成される窒化アルミニウム層Ｌ１ａは、下地窒化アルミニウム層（ｂａｓｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ ｌａｙｅｒ）Ｌ１ａと表記される。下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａは、上述された境界領域に相当する。

還元窒化工程に続くＭＯＣＶＤ工程により、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａを更に成長させてもよい。説明の便宜のため、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの表面上に成長する窒化アルミニウム層は、バッファー層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）Ｌ１ｂと表記される。つまり、窒化アルミニウム層Ｌ１は、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に直接重なる下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａと、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａに直接重なるバッファー層Ｌ１ｂとからなっていてよい。ＭＯＣＶＤ工程において用いられるバッファー層Ｌ１ｂの原料は、例えば、トリメチルアルミニウム（Ｃ_６Ｈ_１８Ａｌ_２）及びアンモニア（ＮＨ_３）であってよい。

バッファー層Ｌ１ｂの結晶方位は、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶方位と一致する。つまり、バッファー層Ｌ１ｂ中の窒化アルミニウムの（０００１）面は、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に略平行であり、バッファー層Ｌ１ｂ中の窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１－１００）面に略平行である。バッファー層Ｌ１ｂは、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの高い結晶性を引き継ぎ、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａよりも高い結晶性を有することができる。例えば、バッファー層Ｌ１ｂの表面の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの表面の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅よりも小さい。バッファー層Ｌ１ｂの厚さの増加に伴って、バッファー層Ｌ１ｂの表面の面内方向において測定される窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅は減少し易い。

バッファー層Ｌ１ｂは十分に高い結晶性を有するので、バッファー層Ｌ１ｂ上に形成される窒化物半導体層（発光層等）の結晶性も向上する。その結果、基板１０から形成された発光素子の発光効率が高まる。したがって、ＭＯＣＶＤ工程は、以下の後述される発光素子の製造過程において実施されてもよい。

仮に、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａ中の窒化アルミニウムの（０００１）面が、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に略平行であり、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１１－２０）面が、サファイア層Ｌ２の表面Ｓ_Ｌ２に略平行であり、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａ中の窒化アルミニウムの（１－１００）面が、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１－１００）面に略平行である場合、バッファー層Ｌ１ｂ中の窒化アルミニウムの（１－１００）面も、サファイア層Ｌ２中のα‐アルミナの（１－１００）面に略平行であり、バッファー層Ｌ１ｂは下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶性を引き継ぎ難く、バッファー層Ｌ１ｂの結晶性は下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの結晶性に劣る。

ＲＣ１（１－１００）は、バッファー層Ｌ１ｂの表面の面内方向において測定されるバッファー層Ｌ１ｂの（１－１００）面のロッキングカーブであってよく、ＲＣ２（１－１００）は、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの表面の面内方向において測定される下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（１－１００）面のロッキングカーブであってよく、ＲＣ１（１－１００）の半値全幅は、ＲＣ２（１－１００）の半値全幅よりも小さくてよい。

ＲＣ１（０００１）は、バッファー層Ｌ１ｂの表面のＯｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向において測定されるバッファー層Ｌ１ｂの（０００１）面のロッキングカーブであってよく、ＲＣ２（０００１）は、下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの表面のＯｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向において測定される下地窒化アルミニウム層Ｌ１ａの（０００１）面のロッキングカーブであってよく、ＲＣ１（０００１）の半値全幅は、ＲＣ２（０００１）の半値全幅よりも小さくてよい。

（発光素子）
本実施形態に係る基板１０は、発光素子に用いられてよい。つまり本実施形態に係る発光素子は、上記の基板１０を備える。発光素子が基板１０を備えることにより、発光素子は高い発光効率を有することができる。例えば、本実施形態に係る発光素子は発光ダイオードであってよい。発光ダイオードは、例えば、ＵＶＣ ＬＥＤ又はＤＵＶ ＬＥＤ等の深紫外線発光ダイオードであってよい。以下では、基板１０を備える発光素子の一例として、図１０に示される発光ダイオード１００が説明される。ただし、本実施形態に係る発光ダイオードの構造は、図１０に示される積層構造に限定されない。

本実施形態に係る発光ダイオード１００は、基板１０と、窒化アルミニウム層Ｌ１（バッファー層Ｌ１ｂ）に重なるｎ型半導体層４０と、ｎ型半導体層４０に重なる発光層４２と、発光層４２に重なるｐ型半導体層４４と、ｎ型半導体層４０の表面に設置された第一電極４８と、ｐ型半導体層４４の表面に設置された第二電極４６と、を備える。障壁層（電子ブロック層）が発光層４２とｐ型半導体層４４との間に介在していてもよい。

窒化アルミニウム層Ｌ１（バッファー層Ｌ１ｂ）がサファイア層Ｌ２とｎ型半導体層４０との間に配置されることにより、サファイア層Ｌ２とｎ型半導体層４０との間の格子不整合が抑制され、基板１０に積層される各半導体層の結晶欠陥が抑制され易い。別のバッファー層が、窒化アルミニウム層Ｌ１（バッファー層Ｌ１ｂ）とｎ型半導体層４０との間に介在してもよい。別のバッファー層は、例えば、第１３族元素の窒化物の単結晶からなっていてよい。例えば、別のバッファー層は、Ａｌ及びＧａのうち少なくともいずれの窒化物の単結晶であってよい。

ｎ型半導体層４０は、例えば、ｎ型の窒化ガリウム（ｎ‐ＧａＮ）又はｎ型の窒化アルミニウムガリウム（ｎ‐ＡｌＧａＮ）を含んでよい。ｎ型半導体層４０は、更にケイ素（Ｓｉ）を含んでよい。ｎ型半導体層４０は、複数の層から構成されていてよい。発光層４２は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）又は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を含んでよい。発光層４２は、複数の層から構成されていてよい。ｐ型半導体層４４は、例えば、ｐ型の窒化ガリウム（ｐ‐ＧａＮ）又はｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ｐ‐ＡｌＧａＮ）を含んでよい。ｐ型半導体層４４は、更にマグネシウム（Ｍｇ）を含んでよい。ｐ型半導体層４４は、複数の層から構成されていてよい。例えば、ｐ型半導体層４４は、発光層４２に重なるｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層に重なるｐ型コンタクト層とを有してよい。ｎ型半導体層４０に設置された第一電極４８は、例えばインジウム（Ｉｎ）を含んでよい。ｐ型半導体層４４に設置された第二電極４６は、例えばニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）のうち少なくともいずれかを含んでよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。

例えば、本実施形態に係る基板１０の用途は、発光ダイオードに限定されない。本実施形態に係る基板１０は、紫外線レーザー等の半導体レーザー発振器が備える基板であってもよい。つまり、本実施形態に係る発光素子は半導体レーザー発振器であってもよい。本実施形態に係る基板１０は、パワートランジスタに用いられてもよい。本実施形態に係る基板１０は、多様な半導体素子の基板に用いられてもよい。基板１０を半導体素子の基板に用いることにより、半導体素子のパワーの損失が低減される。基板１０は、圧電素子（例えば圧電薄膜素子）に用いられてよい。基板１０を圧電素子に用いることにより、圧電素子の圧電特性が改善される。

以下では実施例及び比較例により本発明がさらに詳細に説明されるが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
＜基板の作製＞
スパッタリング工程では、直流マグネトロンスパッタリングにより、酸窒化アルミニウム層がサファイア基板の一方の表面に形成された。サファイア基板は、α‐アルミナの単結晶からなる基板である。サファイア基板の表面の方位は、［１１－２０］であった。つまり、酸窒化アルミニウム層が形成されたサファイア基板の表面は、α‐アルミナの（１１－２０）面に平行であった。サファイア基板は、円盤（ウェハー）であった。サファイア基板の直径は２インチであった。サファイア基板の厚さは、４３０μｍであった。サファイア基板の厚さは、均一であった。酸窒化アルミニウム層の厚さＴ０は、下記表１に示される値に調整された。酸窒化アルミニウム層の厚さＴ０は、均一であった。スパッタリングの継続時間は１０分であった。スパッタリングのターゲットには、金属Ａｌ（Ａｌの単体）が用いられた。ターゲットに与えられる入力パワー（電力密度）は、７００Ｗであった。スパッタリング中のサファイア基板の温度は、室温であった。スパッタリングは、窒素、酸素及びアルゴンの混合ガス中で実施された。

スピンコートにより、ＭＯＤ用溶液が酸窒化アルミニウム層の表面全体に塗布された。ＭＯＤ用溶液は、Ｃａの化合物（有機化合物）を含有していた。Ｃａは、添加元素Ｍである。ＭＯＤ用溶液におけるＣａの化合物の濃度［Ｃａ］は、下記表１に示す値に調整された。スピンコートは、２０００ｒｐｍで２０秒間実施された。ＭＯＤ用溶液の塗布後、サファイア基板が、１５０℃のホットプレート上で１０分間乾燥された。サファイア基板の乾燥後、サファイア基板が、空気中において６００℃で２時間加熱された。ＭＯＤ工程を用いた上記工程は、ＭＯＤ工程と表記される。

ＭＯＤ工程後のサファイア基板がアルミナ板上に載せられ、５ｍｇのカーボンの粉末（計２０ｍｇのカーボン）が基板の周囲の４か所其々に配置された。ＭＯＤ用溶液が塗布された表面（窒化アルミニウム層の表面）は、アルミナ板に接することなく露出していた。アルミナ板の寸法は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍであった。続いて、サファイア基板の全体をアルミナ匣鉢（Ｓａｇｇａｒ）で覆った後、サファイア基板が窒化処理炉内の試料設置台に設置された。アルミナ匣鉢の寸法は縦７５ｍｍ×横７５ｍｍ×高さ７０ｍｍであった。窒化処理炉としては、カーボンをヒーターとする抵抗加熱型の電気炉が用いられた。窒化処理炉内でサファイア基板を加熱する前に、回転ポンプと拡散ポンプを用いて０．０３Ｐａまで炉内が脱気された。次いで、炉内の気圧が１００ｋＰａ（大気圧）になるまで、窒素ガスを炉内へ流した後、窒素ガスの供給が停止された。炉内への窒素ガスの供給後、還元窒化工程では、炉内のサファイア基板が１６００℃で２０時間加熱された。還元窒化工程においてサファイア基板が１６００℃で加熱される時間は、「還元窒化時間」と表記される。還元窒化工程における炉内の昇降温速度は６００℃／時間に調整された。還元窒化時間の経過後、サファイア基板を室温まで冷却した後、サファイア基板が炉外へ取り出された。

以上の手順で実施例１の基板が作製された。下記の分析及び測定のために、実施例１の基板として、複数の同じ基板が作製された。

＜分析１＞
以下のＸ線回折（ＸＲＤ）法では、入射Ｘ線としてＣｕの特性Ｘ線（ＣｕＫα線）が用いられた。以下に記載の基板の表面は、ＭＯＤ工程においてＭＯＤ用溶液が塗布された表面に対応する。

基板のＯｕｔ‐оｆ‐Ｐｌａｎｅ方向において、基板の表面のＸＲＤパターンが測定された。実施例１のＸＲＤパターンは、ＡｌＮの（０００２）面に由来する回折線のピークを有していた。ＡｌＮの（１１０２）面の極図がＸＲＤ法で測定された。極図は、６回の回転対称性を示す６つのピークを有していた。ＸＲＤパターンは、ＡｌＮ及びα‐アルミナ以外の結晶相に由来する回折線ピークを有していなかった。例えば、ＸＲＤパターンは、酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）の結晶相に由来するピークを有していなかった。上記の測定結果は、ＡｌＮの単結晶からなる窒化アルミニウム層がサファイア層（サファイア基板）の表面に直接重なっていることを示していた。また上記の測定結果は、窒化アルミニウム層の（０００１）面が、サファイア層の表面に平行であることを示していた。つまり、窒化アルミニウム層の（０００１）面は、サファイア層の（１１－２０）面に平行であった。

窒化アルミニウム層の表面の面内方向においてＸＲＤパターンが測定された。このＸＲＤパターンに基づき、α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度が特定された。α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度は、３０度であった。したがって、窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、α‐アルミナの（１－１００）面に平行であった。

φスキャンにより、窒化アルミニウム層の表面の面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブが測定された。面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅ＦＷＨＭａは、下記表１に示される。

実施例１の基板の表面をスパッタリングで徐々に掘りながら、窒化アルミニウム層の表面からの深さ方向に沿って、基板の組成が分析された。深さ方向とは、窒化アルミニウム層の表面に垂直であり、窒化アルミニウム層の表面からサファイア層の表面へ向かう方向である。組成の分析には、ＥＳＣＡ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ)及びＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）が用いられた。深さ方向に沿った分析では、Ａｌ及びＮのみを含む部分が検出された後、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分が検出された。アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分では、Ｃａ（添加元素Ｍ）も検出された。つまり分析の結果は、窒化アルミニウム層がＣａ（添加元素Ｍ）を含むことを示していた。アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分におけるＣａの含有量は、それ以外の部分よりも高かった。窒化アルミニウム層におけるＣａの含有量の最大値＜Ｃａ＞ｍａｘは、下記表１に示される。

実施例１の窒化アルミニウム層の厚さＴが、エリプソメーターで測定された。実施例１の窒化アルミニウム層の厚さＴは、下記表１に示される。

以上の分析によって特定された窒化アルミニウム層は、下地窒化アルミニウム層である。

＜バッファー層の形成＞
ＭＯＣＶＤ工程により、窒化アルミニウム層を下地窒化アルミニウム層の表面に成長させた。つまりＭＯＣＶＤ工程により、ＡｌＮの単結晶からなるバッファー層が、下地窒化アルミニウム層の表面に形成された。バッファー層の原料として、トリメチルアルミニウム及びアンモニアが用いられた。バッファー層の厚さは、２μｍに調整された。

＜分析２＞
分析１と同様の方法で、バッファー層の表面においてＸＲＤパターンが測定された。バッファー層の表面において測定されたＸＲＤパターンから特定された窒化アルミニウムの各結晶面の方位は、下地窒化アルミニウム層の表面において測定されたＸＲＤパターンから特定された窒化アルミニウムの各結晶面の方位と一致した。

φスキャンにより、バッファー層の表面の面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブが測定された。バッファー層の面内方向における窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅ＦＷＨＭｂは、下記表１に示される。

（実施例２～５）
実施例２～５其々のスパッタリング工程では、酸窒化アルミニウム層の厚さＴ０が、下記表１に示される値に調整された。実施例２～５其々のＭＯＤ工程では、ＭＯＤ用溶液におけるＣａの化合物の濃度［Ｃａ］が、下記表１に示す値に調整された。実施例２～５其々の還元窒化工程では、還元窒化時間が下記表１に示す値に調整された。これらの事項を除いて実施例１と同様の方法で、実施例２～５其々の基板が作製された。実施例１と同様の方法で、実施例２～５其々のバッファー層が形成された。

実施例１と同様の方法で、実施例２～５其々の分析１が行われた。実施例２～５のいずれの場合も、ＡｌＮの単結晶からなる下地窒化アルミニウム層がサファイア層の表面に直接重なっていた。実施例２～５のいずれの場合も、下地窒化アルミニウム層の（０００１）面が、サファイア層の表面に平行であった。つまり実施例２～５のいずれの場合も、下地窒化アルミニウム層の（０００１）面は、サファイア層の（１１－２０）面に平行であった。

実施例２～５のいずれの場合も、窒化アルミニウムの（１１－２０）面は、α‐アルミナの（１－１００）面に平行であった。

実施例２～５のいずれの場合も、深さ方向に沿った分析では、Ａｌ及びＮのみを含む部分が検出された後、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分が検出された。実施例２～５のいずれの場合も、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分では、Ｃａも検出された。つまり実施例２～５のいずれの場合も、下地窒化アルミニウム層がＣａを含んでいた。実施例２～５のいずれの場合も、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分におけるＣａの含有量は、それ以外の部分よりも高かった。

実施例１と同様の方法で、実施例２～５其々の分析２が行われた。実施例２～５のいずれの場合も、バッファー層の表面において測定されたＸＲＤパターンから特定された窒化アルミニウムの各結晶面の方位は、下地窒化アルミニウム層の表面において測定されたＸＲＤパターンから特定された窒化アルミニウムの各結晶面の方位と一致した。

実施例２～５其々の＜Ｃａ＞ｍａｘは、下記表１に示される。実施例２～５其々の下地窒化アルミニウム層の厚さＴは、下記表１に示される。実施例２～５其々のＦＷＨＭａは、下記表１に示される。実施例２～５其々のＦＷＨＭｂは、下記表１に示される。

（比較例１）
比較例１の基板の作製では、スパッタリング工程は実施されず、酸窒化アルミニウム層は形成されなかった。比較例１のＭＯＤ工程では、ＭＯＤ用溶液がサファイア基板の表面全体に直接塗布された。比較例１のＭＯＤ工程では、ＭＯＤ用溶液におけるＣａの化合物の濃度［Ｃａ］が、下記表１に示す値に調整された。比較例１の還元窒化工程では、還元窒化時間が下記表１に示す値に調整された。これらの事項を除いて実施例１と同様の方法で、比較例１の基板が作製された。実施例１と同様の方法で、比較例１のバッファー層が形成された。

実施例１と同様の方法で、比較例１の分析１が行われた。比較例１の場合、ＡｌＮの単結晶からなる下地窒化アルミニウム層がサファイア層の表面に直接重なっていた。比較例１の場合、下地窒化アルミニウム層の（０００１）面が、サファイア層の表面に平行であった。つまり比較例１の場合、下地窒化アルミニウム層の（０００１）面は、サファイア層の（１１－２０）面に平行であった。

比較例１の場合、α‐アルミナの（１－１００）面と窒化アルミニウムの（１－１００）面との間の角度は、ゼロ度であった。したがって、比較例１の場合、窒化アルミニウムの（１－１００）面は、α‐アルミナの（１－１００）面に平行であった。

比較例１の場合、深さ方向に沿った分析では、Ａｌ及びＮのみを含む部分が検出された後、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分が検出された。比較例１の場合、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分では、Ｃａも検出された。つまり比較例１の場合、下地窒化アルミニウム層がＣａを含んでいた。比較例１の場合、アルミニウム、窒素及び酸素が混在した部分におけるＣａの含有量は、それ以外の部分よりも高かった。

実施例１と同様の方法で、比較例１の場合の分析２が行われた。比較例１の場合、バッファー層の表面において測定されたＸＲＤパターンから特定された窒化アルミニウムの各結晶面の方位は、下地窒化アルミニウム層の表面において測定されたＸＲＤパターンから特定された窒化アルミニウムの各結晶面の方位と一致した。

比較例１の場合の＜Ｃａ＞ｍａｘは、下記表１に示される。比較例１のＦＷＨＭａは、下記表１に示される。比較例１のＦＷＨＭｂは、下記表１に示される。

本発明に係る基板は、例えば、深紫外線発光ダイオードの基板に用いられる。

Ｌ１…窒化アルミニウム層、Ｌ１ａ…下地窒化アルミニウム層、Ｌ１ｂ…バッファー層、Ｌ２…サファイア層、Ｓ_Ｌ１…窒化アルミニウム層Ｌ１の表面、Ｓ_Ｌ２…サファイア層Ｌ１の表面、１０…基板、４０…ｎ型半導体層、４２…発光層、４４…ｐ型半導体層、４６…第二電極、４８…第一電極、１００…発光ダイオード（発光素子）。

Claims (10)

1. 結晶質の窒化アルミニウムを含む窒化アルミニウム層と、
   結晶質のα‐アルミナを含むサファイア層と、
   を備え、
   前記窒化アルミニウム層が、前記サファイア層の表面に直接重なっており、
   前記窒化アルミニウムの（０００１）面が、前記サファイア層の前記表面に略平行であり、
   前記α‐アルミナの（１１－２０）面が、前記サファイア層の前記表面に略平行であり、
   前記窒化アルミニウムの（１１－２０）面が、前記α‐アルミナの（１－１００）面に略平行であり、
   前記窒化アルミニウム層が、ユウロピウム及びカルシウムからなる群より選ばれる少なくとも一種の添加元素を含む、
   基板。
2. 前記窒化アルミニウム層の表面の面内方向において測定される前記窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が、０秒以上５００秒以下である、
   請求項１に記載の基板。
3. 前記窒化アルミニウム層の表面の面内方向において測定される前記窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブの半値全幅が、５０秒以上３００秒以下である、
   請求項１又は２に記載の基板。
4. 前記窒化アルミニウム層のうち前記窒化アルミニウム層及び前記サファイア層の境界に沿う境界領域が、前記添加元素を含み、
   前記境界領域における前記添加元素の含有量の合計が、０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下である、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の基板。
5. 前記窒化アルミニウム層の厚さが、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の基板。
6. 前記窒化アルミニウム層の厚さが、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の基板。
7. ＲＣ１（１－１００）は、前記窒化アルミニウム層の表面の面内方向において測定される前記窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブであり、
   ＲＣ２（１－１００）は、前記窒化アルミニウム層のうち前記サファイア層の前記表面からの距離が１００ｎｍ以下である領域に含まれる前記窒化アルミニウムの（１－１００）面のロッキングカーブであり、前記ＲＣ２（１－１００）は、前記サファイア層の前記表面に略平行な面内方向において測定され、
   前記ＲＣ１（１－１００）の半値全幅は、前記ＲＣ２（１－１００）の半値全幅よりも小さい、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の基板。
8. 発光素子に用いられる、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の基板。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の基板を備える、
   発光素子。
10. 前記基板と、
    前記窒化アルミニウム層に重なるｎ型半導体層と、
    前記ｎ型半導体層に重なる発光層と、
    前記発光層に重なるｐ型半導体層と、
    を備える、
    請求項９に記載の発光素子。

Images