(57)【要約】【課題】発光素子から放出される光の波長の標準偏差を低減する基板の提供。【解決手段】基板１０は、重なり合う第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２を備え、第一層Ｌ１は、結晶質のＡｌＮ及び添加元素を含み、第二層Ｌ２は結晶質のα‐アルミナを含み、添加元素は、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り、第一層Ｌ１の厚さは５〜６００ｎｍであり、ＲＣ（００２）は、ＡｌＮの（００２）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブであり、ＲＣ（００２）は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１のωスキャンによって測定され、ＲＣ（００２）の半値幅は０〜０．４°であり、ＲＣ（１００）は、ＡｌＮの（１００）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブであり、ＲＣ（１００）は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１のφスキャンによって測定され、ＲＣ（１００）の半値幅は、０〜０．８°である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一層と、前記第一層が重なる第二層と、を備え、
前記第一層は、結晶質の窒化アルミニウムと添加元素とを含み、
前記第二層は、結晶質のα‐アルミナを含み、
前記添加元素は、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り、
前記第一層の厚さは、５ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、
ＲＣ（００２）は、前記窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブであり、
前記ＲＣ（００２）は、前記第一層の表面のωスキャンによって測定され、
前記ＲＣ（００２）の半値幅は、０°以上０．４°以下であり、
ＲＣ（１００）は、前記窒化アルミニウムの（１００）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブであり、
前記ＲＣ（１００）は、前記第一層の表面のφスキャンによって測定され、
前記ＲＣ（１００）の半値幅は、０°以上０．８°以下である、
基板。
【請求項２】
前記ＲＣ（００２）の半値幅は、０．００３°以上０．２°以下であり、
前記ＲＣ（１００）の半値幅は、０．００３°以上０．４°以下である、
請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記第一層は、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以下である領域を含む、
請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
発光素子に用いられる、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板を備える、
発光素子。
【請求項６】
前記基板と、
前記第一層に重なる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５に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板及び発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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の材料として注目されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１及び２に記載の発光素子は、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、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によってサファイア基板の表面に形成される。バッファー層が、窒化物半導体層（ＧａＮ等）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、発光層の発光効率も向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／００５７８９号パンフレット
【特許文献２】特開２０１０−９２９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッファー層（ＡｌＮ）が気相成長法によってサファイア基板の表面に形成される過程では、サファイア基板及びバッファー層が加熱される。サファイア基板及びバッファー層は熱膨張率及び格子定数において異なる。したがって、サファイア基板及びバッファー層の加熱により、応力がサファイア基板及びバッファー層に作用し易い。サファイア基板及びバッファー層が応力によって反ることにより、サファイア基板及びバッファー層の温度が不均一になり易い。例えば、サファイア基板の中央部と周縁部との間で温度差が生じ易い。サファイア基板及びバッファー層の温度が不均一であることにより、バッファー層がサファイア基板の表面において均一に成長し難い。その結果、バッファー層の組成が不均一になり、バッファー層の結晶性が劣化する。換言すれば、バッファー層を構成する元素がバッファー層中に不均一に分布し易く、結晶欠陥がバッファー層中に形成され易い。バッファー層の組成が不均一であり、バッファー層の結晶性が劣化している場合、バッファー層の表面に形成される各半導体層の組成も不均一になり易く、各半導体層の結晶性も劣化し易い。その結果、発光素子から放出（ｅｍｉｔ）される光の波長の標準偏差が増加し、発光素子の不良率が高まる。
【０００６】
本発明は、発光素子から放出される光の波長の標準偏差を低減する基板、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る基板は、第一層と、第一層が重なる第二層と、を備え、第一層は、結晶質の窒化アルミニウムと添加元素とを含み、第二層は、結晶質のα‐アルミナを含み、添加元素は、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り、第一層の厚さは、５ｎｍ以上６００ｎｍ以下であり、ＲＣ（００２）は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブであり、ＲＣ（００２）は、第一層の表面のωスキャンによって測定され、ＲＣ（００２）の半値幅は、０°以上０．４°以下であり、ＲＣ（１００）は、窒化アルミニウムの（１００）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブであり、ＲＣ（１００）は、第一層の表面のφスキャンによって測定され、ＲＣ（１００）の半値幅は、０°以上０．８°以下である。
【０００８】
ＲＣ（００２）の半値幅は、０．００３°以上０．２°以下であってよく、ＲＣ（１００）の半値幅は、０．００３°以上０．４°以下であってよい。
【０００９】
第一層は、添加元素の含有量の合計が０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下である領域を含んでよい。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の一側面に係る発光素子は、上記の基板を備える。
【００１２】
本発明の一側面に係る発光素子は、上記の基板と、第一層に重なる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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発光素子から放出される光の波長の標準偏差を低減する基板、及び当該基板を備える発光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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】図２は窒化アルミニウムの結晶構造の単位胞（ｕｎｉｔ  ｃｅｌｌ）の模式的な斜視図である。
【図３】図３は、図２に示される単位胞の（００２）面及び（１００）面を示す模式図である。
【図４】図４は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブの測定方法（ωスキャン）を示す模式図である。
【図５】図５は、窒化アルミニウムの（１００）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブの測定方法（φスキャン）を示す模式図である。
【図６】図６は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブの一例である。
【図７】図７は、窒化アルミニウムの（１００）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブの一例である。
【図８】図８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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。図面において、同等の構成要素には同等の符号を付す。本発明は下記実施形態に限定されるものではない。図１、４，５及び８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、４，５及び８に共通する。
【００１６】
（基板）
本実施形態に係る基板は、図１及び図２に示される。図２は、図１に示される基板１０のＺＸ面方向における断面である。換言すれば、図２は、基板１０の厚さ方向Ｚに平行な基板１０の断面であり、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１に垂直な基板１０の断面である。基板１０の厚さ方向Ｚとは、基板１０の表面からの深さ方向と言い換えられてよい。
【００１７】
図１に示されるように、基板１０は、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２を備える。第一層Ｌ１は第二層Ｌ２に重なる。第一層Ｌ１は第二層Ｌ２に直接重なっていてよい。
【００１８】
第一層Ｌ１は、結晶質の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と添加元素Ｍを含む。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。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。第一層Ｌ１は、添加元素Ｍを含む結晶質の窒化アルミニウムのみからなっていてよい。第一層Ｌ１は、添加元素Ｍを含む窒化アルミニウムの多結晶を含んでよい。第一層Ｌ１は、添加元素Ｍを含む窒化アルミニウムの多結晶のみからなっていてよい。第一層Ｌ１中の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、第一層Ｌ１は、アルミニウム、窒素及び添加元素Ｍに加えて、他の元素（不純物等）を含んでよい。例えば、第一層Ｌ１において第二層Ｌ２に面する領域は、微量の酸素を含んでよい。第一層Ｌ１に含まれる添加元素Ｍの詳細は、後述される。
【００１９】
第二層Ｌ２は、結晶質のα‐アルミナ（α‐Ａｌ２Ｏ３）を含む。α‐アルミナは、コランダム構造を有する酸化アルミニウムと言い換えてよい。第二層Ｌ２は、結晶質のα‐アルミナのみからなっていてよい。第二層Ｌ２は、サファイアのみからなっていてよい。サファイアとは、α‐アルミナの単結晶と言い換えてもよい。第二層Ｌ２は、α‐アルミナの結晶性が損なわれない限りにおいて、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、第二層Ｌ２において第一層Ｌ１に面する領域は、微量の窒素を含んでよい。
【００２０】
第一層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型構造である。窒化アルミニウムの結晶構造は、図２に示される単位胞ｕｃからなる。単位胞ｕｃにおいて、窒素（Ｎ）は、三角錐の４つの頂点其々に配置され、アルミニウム（Ａｌ）は、三角錐の内側に配置される。図３に示される単位胞ｕｃは、図２の単位胞ｕｃと同じである。図３では、窒化アルミニウムの結晶面を示すために、窒素が省略されている。図３中のａ、ｂ及びｃは、単位胞ｕｃを構成する基本ベクトルである。ａの方位は＜１００＞である。ｂの方位は＜０１０＞である。ｃの方位は＜００１＞である。＜１００＞及び＜０１０＞は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１に略平行であってよい。換言すれば、第一層Ｌ１に含まれる窒化アルミニウムの（１００）面及び（０１０）面は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１に略垂直であってよい。＜００１＞は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１に略垂直であってよい。換言すれば、第一層Ｌ１に含まれる窒化アルミニウムの（００１）面及び（００２）面は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１に略平行であってよい。
【００２１】
ＲＣ（００２）は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブ（Ｒｏｃｋｉｎｇ  Ｃｕｒｖｅ）である。窒化アルミニウムの（００２）面は、図３に示される。ＲＣ（００２）は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１のωスキャンによって測定される。
【００２２】
ωスキャンの概要は、図４に示される。ωスキャンは、Ｏｕｔ  оｆ  Ｐｌａｎｅ測定の一種である。ωスキャンでは、入射Ｘ線が、Ｘ線源ＸＲから第一層Ｌ１の表面ＳＬ１へ照射される。方向ｄ１は、入射Ｘ線の方向である。入射Ｘ線は、窒化アルミニウムの（００２）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。基準点が、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１において入射Ｘ線が照射される位置と定義される場合、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。２θ１は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線の回折角である。ωは、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１と入射Ｘ線の方向ｄ１との間の角度である。つまりωは、入射Ｘ線の方向ｄ１に対する第一層Ｌ１の表面ＳＬ１のチルト（ｔｉｌｔ）角である。ωの単位は、ｄｅｇｒｅｅ（°）である。ωスキャンとは、方向ｄ１と方向ｄ２との間の角度を回折角２θ１に固定し、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線の強度を、ωの変化に伴って連続的に測定する方法である。ＲＣ（００２）は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線の強度のチルト分布と言い換えられてよい。
【００２３】
ＲＣ（００２）の一例は、図６に示される。ＲＣ（００２）の横軸はΔωである。ＲＣ（００２）の縦軸は、回折Ｘ線の強度である。回折Ｘ線の強度の単位は、例えば、ｃｐｓ（ｃоｕｎｔ  ｐｅｒ  ｓｅｃоｎｄ）であってよい。ＲＣ（００２）の横軸における原点は、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線の強度が最大であるω（つまりθ１）に対応する。ω０が、窒化アルミニウムの（００２）面に由来する回折Ｘ線の強度が最大であるωと定義される場合、ＲＣ（００２）は、ωが（ω０−Δω）以上（ω０＋Δω）以下である範囲における回折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（００２）面に由来する回折Ｘ線の回折角２θ１は、３６．００°であってよい。
【００２４】
ＲＣ（１００）は、窒化アルミニウムの（１００）面に由来する回折Ｘ線のロッキンカーブである。窒化アルミニウムの（１００）面は、図３に示される。ＲＣ（１００）は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１のφスキャンによって測定される。
【００２５】
φスキャンの概要は、図５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、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１は円である。φスキャンでは、基板１０が第一層Ｌ１の表面ＳＬ１の中心に対して回転する。つまり、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１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、ｄｅｇｒｅｅ（°）である。φスキャンでは、入射Ｘ線がＸ線源ＸＲから第一層Ｌ１の表面ＳＬ１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、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１と略平行である。入射Ｘ線は、窒化アルミニウムの（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、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１と略平行である。基準点が、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１において入射Ｘ線が照射される位置（つまり表面ＳＬ１の中心）と定義である場合、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。２θ２は、窒化アルミニウムの（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２θ２に固定し、窒化アルミニウムの（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。ＲＣ（１００）は、窒化アルミニウムの（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。
【００２６】
ＲＣ（１００）の一例は、図７に示される。ＲＣ（１００）の横軸はΔφである。ＲＣ（１００）の縦軸は、回折Ｘ線の強度である。ＲＣ（１００）の横軸における原点は、窒化アルミニウムの（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。φ０が、窒化アルミニウムの（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、ＲＣ（１００）は、φが（φ０−Δφ）以上（φ０＋Δφ）以下である範囲における回折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（１００）面に由来する回折Ｘ線の回折角２θ２は、３３．２０°であってよい。
【００２７】
ＲＣ（００２）の半値幅（ｈａｌｆ  ｗｉｄｔｈ）は、０°以上０．４°以下である。ＲＣ（１００）の半値幅は、０°以上０．８°以下である。半値幅とは、半値全幅(ｆｕｌｌ  ｗｉｄｔｈ  ａｔ  ｈａｌｆ  ｍａｘｉｍｕｍ，  ＦＷＨＭ)を意味する。ＲＣ（００２）の半値幅が小さいほど、より多くの（００２）面が特定の方向に配向している。（００２）面が配向する特定の方向とは、例えば、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１の法線方向に沿う方向である。（１００）の半値幅の半値幅が小さいほど、より多くの（１００）面が特定の方向に配向している。（１００）面が配向する特定の方向とは、例えば、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１の面内方向に沿う方向である。ＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）の両方の半値幅が小さいほど、第一層Ｌ１の組成は均一であり、第一層Ｌ１は結晶性に優れている。つまりＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）の両方の半値幅が小さいほど、Ａｌ及びＮが第一層Ｌ１中に均一に分布し、第一層Ｌ１中のＡｌＮの結晶欠陥が少ない。Ａｌ及びＮが第一層Ｌ１中に均一に分布し、第一層Ｌ１中のＡｌＮの結晶欠陥が少ない場合、第一層Ｌ１層の表面ＳＬ１に形成される各半導体層（発光素子等）の組成も均一になり、各半導体層における結晶欠陥の形成が抑制される。その結果、発光素子から放出される光の波長の標準偏差σが低減され、高い発光効率を有する発光素子を高い歩留り率で製造することが可能である。波長の標準偏差σが小さいほど、発光素子から放出される光の波長が特定の値に制御され易い。その結果、発光素子に供給される電力が、所望の波長を有する光へ無駄なく変換され易い。本発明者らは、ＲＣ（００２）の半値幅が０°以上０．４°以下であり、且つＲＣ（１００）の半値幅が０°以上０．８°以下であることにより、発光素子から放出される光の波長の標準偏差σが十分に低減されることを発見した。
【００２８】
ＲＣ（００２）の半値幅は、０．１４°以上０．４°以下であってよく、ＲＣ（１００）の半値幅は、０．２２°以上０．８°以下であってよい。ＲＣ（００２）の半値幅は、０．１５°以上０．３８°以下であってよく、ＲＣ（１００）の半値幅は、０．２３°以上０．７５°以下であってよい。ＲＣ（００２）の半値幅は、０．２８°以上０．３８°以下であってよく、ＲＣ（１００）の半値幅は、０．４９°以上０．７５°以下であってよい。ＲＣ（００２）の半値幅は、０．００３°以上０．２°以下であってよく、ＲＣ（１００）の半値幅は、０．００３°以上０．４°以下であってよい。ＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）其々の半値幅が上記範囲内である場合、波長の標準偏差σが低減され易く、発光素子の発光効率が増加し易い。第一層Ｌ１は、サファイア基板の表面の窒化によって形成されるので、第一層Ｌ１の結晶性はサファイア基板の結晶性に影響される。したがって、サファイア基板が完全な単結晶ではない場合、ＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）其々の半値幅はゼロよりも大きい傾向がある。
【００２９】
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る。
【００３０】
基板１０の製造過程において、添加元素Ｍの存在下でサファイア基板の表面を窒化することにより、添加元素Ｍがサファイア基板の表面の窒化を促進する。その結果、極めて薄く、ＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）其々の半値幅が十分に小さい第一層Ｌ１を形成することができる。
【００３１】
第一層Ｌ１は、添加元素Ｍの含有量の合計が０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下である領域を含んでよい。以下では、添加元素Ｍの含有量の合計が０．１質量ｐｐｍ以上２００質量ｐｐｍ以下である領域が、添加元素含有領域と表記される。添加元素含有領域は、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１の近傍に偏在し易い。また添加元素含有領域は、第一層Ｌ１と第二層Ｌ２の界面の近傍に偏在し易い。第一層Ｌ１が添加元素含有領域を含むことにより、第一層Ｌ１の表面ＳＬ１が平滑になり易い。発光層等の半導体層が第一層Ｌ１の平滑な表面ＳＬ１に積層されることにより、半導体層における結晶欠陥が抑制され、半導体層の表面も平滑なる。つまり、添加元素含有領域を含む第一層Ｌ１の表面ＳＬ１は、半導体層の形成に適している。添加元素含有領域が、第一層Ｌ１と第二層Ｌ２の界面の近傍に偏在する場合、添加元素含有領域に応力が集中し易く、第一層Ｌ１の反りが抑制され易い。添加元素含有領域が、Ａｌ、Ｏ及びＮに比べてイオン半径が大きい添加元素を含む場合、添加元素含有領域に応力が集中し易い。添加元素含有領域に含まれる添加元素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。添加元素含有領域が、Ｅｕ及びＣａのうち少なくとも一種を含むことにより、添加元素含有領域に起因する上記の効果が得られ易い。
【００３２】
第一層Ｌ１の厚さＴは、５ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。第一層Ｌ１の厚さＴが５ｎｍ以上であることにより、第一層Ｌ１に起因する本発明の上記効果が得られ易い。第一層Ｌ１の厚さＴが６００ｎｍ以下である場合、第一層Ｌ１の形成過程において応力がサファイア基板中に生じ難く、サファイア基板の反りが抑制され易い。その結果、反りが抑制された基板１０が形成される。この基板１０を用いて発光素子を製造することにより、発光素子から放出される光の波長の標準偏差σが低減される。第一層Ｌ１の厚さＴが６００ｎｍより大きい場合、第一層Ｌ１の組成が不均一になり易く、第一層Ｌ１の結晶性が劣化し易い。つまり、第一層Ｌ１の厚さＴが６００ｎｍより大きい場合、第一層Ｌ１を構成するＡｌ及びＮがバッファー層中に均一に分布し難く、結晶欠陥が第一層Ｌ１中に形成され易い。その結果、ＲＣ（００２）の半値幅が０．４°を超え易く、ＲＣ（１００）の半値幅が０．８°を超え易い。第一層Ｌ１の厚さＴは、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下、５ｎｍ以上７０ｎｍ以下、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、又は５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であってよい。第一層Ｌ１の厚さＴが上記範囲内である場合、波長の標準偏差σが低減され易く、発光素子の発光効率が増加し易い。
【００３３】
基板１０全体の厚さは、例えば、５０μｍ以上３０００μｍ以下であってよい。第二層Ｌ２の厚さは、基板１０全体の厚さから、第一層Ｌ１の厚さＴを引いた値であってよい。例えば、第二層Ｌ２の厚さは、４９．４μｍ以上２９９９．９９５μｍ以下であってよい。
【００３４】
第一層Ｌ１の結晶性が損なわれない限りにおいて、中間層が第一層Ｌ１と第二層Ｌ２との間に介在してよい。つまり、第一層Ｌ１は、中間層を介して第二層Ｌ２に間接的に重なっていてよい。中間層は、Ａｌ、Ｎ及びＯを含んでよい。中間層は、Ａｌ、Ｎ及びＯのみからなっていてよい。中間層は、Ａｌ、Ｎ、Ｏ及び添加元素Ｍを含んでよい。中間層は、Ａｌ、Ｎ、Ｏ及び添加元素Ｍのみからなっていてよい。中間層におけるＮの含有量が、第一層Ｌ１から第二層Ｌ２に向かう方向に沿って減少してよい。中間層におけるＯの含有量が、第一層Ｌ１から第二層Ｌ２に向かう方向に沿って増加してよい。中間層は、光の反射の一因である酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）を含まないほうがよい。
【００３５】
（基板の製造方法）
基板１０の製造方法は、添加元素Ｍをサファイア基板の片方の表面に付着させる工程と、添加元素Ｍが付着したサファイア基板の表面を窒素ガス中で加熱する窒化処理工程と、を備える。
【００３６】
サファイア基板とは、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。ウェハーの直径が５０ｍｍ以上であることにより、波長の標準偏差σが低減され易い。ウェハーの直径が３００ｍｍ以下であることにより、均質なＡｌＮの単結晶からなる第一層Ｌ１が形成され易い。
【００３７】
窒素は、サファイア基板の表面からの深さが大きい箇所には拡散及び到達することが困難である。窒素が拡散せず到達しなかった領域は、結晶質のα‐アルミナを含む第二層として残存する。一方、窒素が導入されたサファイア基板の表面近傍は十分に窒化されて、結晶質の窒化アルミニウムを含む第一層Ｌ１になる。
【００３８】
サファイア基板を窒素ガス中で加熱する前に、添加元素Ｍを、サファイア基板の表面の一部又は全体に付着させる。例えば、添加元素Ｍを含む有機金属化合物の溶液をサファイア基板の表面に塗布してよい。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、有機成分のみを分解及び焼失させてよい。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を用いてよい。
【００３９】
添加元素Ｍが付着したサファイア基板を窒素ガス中で加熱する。その結果、添加元素Ｍがサファイア基板の表面から酸素（Ｏ２−）を引き抜き、酸素欠陥がサファイア基板の表面に形成される。窒素は酸素欠陥に導入され、酸素欠陥を通じてサファイア基板の表面（片面）からサファイア基板の内部へ熱拡散する。つまり、サファイア基板の表面における還元窒化反応により、酸素が窒素で置換される。その結果、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２それぞれが、基板１０の表面に平行な方向において均一に形成され易い。
【００４０】
サファイア基板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。サファイア基板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をサファイア基板の表面に付着させることにより、ユウロピウム又はカルシウムがサファイア基板の表面から酸素（Ｏ２−）を引き抜き易く、酸素欠陥がサファイア基板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サファイア基板内へ熱拡散し易く、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２が形成され易い。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、半ば液相としてサファイア基板の表面全体へ拡散し易い。その結果、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２其々が、基板１０の表面に平行な方向において均一に形成され易い。
【００４１】
窒素ガス中で加熱される基板の温度が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基板中で生成し始め、１７００℃以上で特に酸窒化アルミニウムが生成し易い。しかし、サファイア基板の温度が１６８０℃以下である場合、添加元素Ｍが付着し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の生成を十分に抑制しながら、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２を形成することができる。
【００４２】
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、サファイア基板の表面全体へ十分に拡散し易く、サファイア基板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る場合であっても、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、サファイア基板における窒素の熱拡散が起き易く、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２を容易に形成することができる。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。添加元素Ｍがサファイア基板に付着していることにより、１６３０℃未満である温度で、酸窒化アルミニウムの生成を抑制しながら、第一層Ｌ１及び第二層Ｌ２を形成することができる。
【００４３】
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をサファイア基板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生成し易い。
【００４４】
窒素ガス中で加熱されるサファイア基板の温度（窒化処理温度）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。上述の通り、窒素ガスをサファイア基板内へ熱拡散させるためには、窒化処理温度が少なくとも１５５０℃以上であることが好ましい。添加元素Ｍを用いない場合、１６３０℃以上の窒化処理温度においてサファイアの窒化が進むと共に、酸窒化アルミニウムが基板中で生成される。しかし、窒化処理温度が１６３０℃以下であっても、添加元素Ｍを用いることにより、基板中における酸窒化アルミニウムを生成させずにサファイアを窒化させることができる。窒化処理温度が１７００℃未満、より好ましくは１６３０℃以下である場合、基板中における酸窒化アルミニウムの生成を抑制することができる。窒化処理温度が１６３０℃未満又は１６００℃以下である場合、添加元素Ｍを用いることによって、基板の表面において窒化アルミニウムを生成させることができる。窒化処理温度が１６００℃以上１６３０℃未満である場合、結晶質の窒化アルミニウムを含む第一層Ｌ１の表面の平滑性が向上し易い。
【００４５】
窒化処理の温度、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によって、第一層Ｌ１の厚さ及び組成が制御されてよい。窒素ガス中で加熱されるサファイア基板の温度が高いほど、サファイア基板中での窒素の拡散、及びサファイアの窒化が促進される。その結果、第一層Ｌ１の厚さが増加し易く、第二層Ｌ２の厚さが減少し易い。窒素ガス中でサファイア基板を加熱する時間が長いほど、サファイア基板中での窒素の拡散、及びサファイアの窒化が促進される。その結果、第一層Ｌ１の厚さが増加し易く、第二層Ｌ２の厚さが減少し易い。サファイア基板の表面に付着して拡散する添加元素Ｍが多いほど、サファイア基板中での窒素の拡散、及びサファイアの窒化が促進される。その結果、第一層Ｌ１の厚さが増加し易く、第二層Ｌ２の厚さが減少し易い。窒素ガスの分圧又は供給量が大きいほど、サファイア基板中での窒素の拡散、及びサファイアの窒化が促進される。その結果、第一層Ｌ１の厚さが増加し易く、第二層Ｌ２の厚さが減少し易い。
【００４６】
窒化処理工程は、少なくとも二回実施される。例えば、添加元素Ｍが付着したサファイア基板を上記の窒化処理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窒化処理温度で加熱してよい。１度目の加熱により、添加元素Ｍがサファイア基板の表面全体に均一に拡散し易い。換言すれば、１度目の加熱により、添加元素Ｍがサファイア基板の表層へ均一に拡散し易い。続く２度目の長時間の加熱により、窒素がサファイア基板の表面から内部へ斑なく拡散し易い。その結果、第一層Ｌ１の表面の平滑性が向上し易い。窒化処理を二度のステップに分けずにサファイア基板を長時間加熱した場合、ＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）其々の半値幅が上記の上限値を超え易く、第一層Ｌ１の表面の平滑性が損なわれ易い。つまり、一度の窒化処理のみによって本実施形態に係る基板を製造することは困難である。一回目の窒化処理工程の継続時間は、１時間以上８時間以下であってよい。二回目の窒化処理工程の継続時間は、１時間以上１０８時間以下であってよい。窒化処理工程の継続時間とは、添加元素Ｍが付着したサファイア基板加熱される時間と言い換えられる。二回目の窒化処理工程の継続時間が長過ぎる場合、第一層Ｌ１が厚くなり、第一層Ｌ１の組成が不均一になり易く、第一層Ｌ１の結晶性が損なわれ易く、ＲＣ（００２）及びＲＣ（１００）其々の半値幅が増加し易い。
【００４７】
窒素ガス中でのサファイア基板の窒化処理は、炭素粉末の存在下で実施されてよい。添加元素Ｍによってサファイア基板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。
【００４８】
以上の製造方法により、基板１０が製造される。
【００４９】
（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、発光素子から放出される光の波長の標準偏差σが低減される。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８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８に示される積層構造に限定されない。
【００５０】
本実施形態に係る発光ダイオード１００は、基板１０と、第一層Ｌ１（基板１０の片面）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。
【００５１】
ｎ型半導体層４０は、バッファー層３９を介して第一層Ｌ１に間接的に重なっていてよい。例えば、バッファー層３９は、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、バッファー層３９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。バッファー層３９がｎ型半導体層４０と第一層Ｌ１との間に配置されることにより、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。バッファー層３９が十分に薄い場合、波長の標準偏差σが低減され易い。バッファー層３９は必須ではなく、ｎ型半導体層４０が第一層Ｌ１に直接重なっていてよい。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。本実施形態に係る発光素子は半導体レーザー発振器であってもよい。つまり、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。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。
【実施例】
【００５５】
以下では実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、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。
【００５６】
＜基板の作製＞
（実施例１）
スピンコートにより、ＭＯＤ用溶液をサファイア基板のｃ面全体に塗布した。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。サファイア基板のｃ面とは、（００１）面である。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。ＭＯＤ用溶液におけるＣａの化合物の濃度は、０．０２質量％であった。スピンコートは、２０００ｒｐｍで２０秒間実施した。ＭＯＤ用溶液が塗布されたサファイア基板を、１５０℃のホットプレート上で１０分間乾燥させた後、空気中において６００℃で２時間加熱した。以上の工程は、ＭＯＤ工程と表記される。
【００５７】
ＭＯＤ工程後の基板を１００ｍｍ角のアルミナ板に載せて、基板の周囲の４か所其々に５ｍｇのカーボンの粉末（計２０ｍｇのカーボン）を配置した。アルミナ板の寸法は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍであった。続いて、基板の全体をアルミナ匣鉢（Ｓａｇｇａｒ）で覆った後、基板を窒化処理炉内の試料設置台に設置した。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を用いた。窒化処理炉内で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まで炉内を脱気した。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、窒素ガスの供給を停止した。続いて、一回目の窒化処理では、炉内の基板を１６００℃で１時間加熱した。窒化処理における炉内の昇降温速度は６００℃／時間に調整した。窒化処理後、基板を室温まで冷却した後、基板を炉外へ取り出した。
【００５８】
一回目の窒化処理後の基板を、アルミナ板に載せた。アルミナ板の寸法は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍであった。基板の周囲４か所其々に２０ｍｇのカーボンの粉末（計８０ｍｇのカーボン）を配置した。続いて、基板の全体を上記のアルミナ匣鉢（Ｓａｇｇａｒ）で覆った後、基板を上記の窒化処理炉内の試料設置台に設置した。回転ポンプと拡散ポンプを用いて０．０３Ｐａまで炉内を脱気した。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、窒素ガスの供給を停止した。続いて、二回目の窒化処理では、炉内の基板を１６００℃で１３時間加熱した。二回目の窒化処理における炉内の昇降温速度は６００℃／時間に調整した。二回目の窒化処理後、基板を室温まで冷却した後、基板を炉外へ取り出した。以下では、二回目の窒化処理の継続時間が、第二窒化時間と表記される。
【００５９】
以上の手順で実施例１の基板を作製した。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。
【００６０】
（実施例２〜５）
実施例２〜６其々の基板の作製では、第二窒化時間を下記表１に示される値に調整した。実施例６のＭＯＤ用溶液は、添加元素Ｍの化合物として、Ｃａの化合物の代わりにＥｕの化合物を含んでいた。これらの事項を除いて実施例１と同様の方法で、実施例２〜６其々の基板を作製した。
【００６１】
（比較例１）
比較例１の基板の作製には、原料として添加元素Ｍを用いなかった。比較例１の基板の作製では、ＭＯＣＶＤ法により、窒化アルミニウムからなる薄膜をサファイア基板のｃ面全体に形成した。比較例１の基板の作製に用いたサファイア基板は、実施例１の基板の作製に用いたサファイア基板と同じであった。比較例１の基板の作製には、原料として添加元素Ｍを用いなかったので、比較例１の基板は添加元素Ｍを含んでいなかった。
【００６２】
（比較例２）
比較例２の基板の作製では、添加元素Ｍを含むＭＯＤ用溶液を用いなかった。つまり比較例２の基板の作製では、ＭＯＤ工程を実施しなかった。比較例２の一回目の窒化処理工程の継続時間は、１０時間であった。比較例２の基板の作製では、二回目の窒化処理工程を実施しなかった。これらの事項を除いて実施例１と同様の方法で、比較例２の基板を作製した。比較例２の基板の作製では、ＭＯＤ工程を実施しなかったので、比較例２の基板は添加元素Ｍを含んでいなかった。
【００６３】
＜基板の分析＞
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）を用いた。以下に記載の基板の表面とは、窒化処理においてアルミナ板と接することなく窒素ガス中に露出していた基板の表面である。つまり以下に記載の基板の表面は、窒化された表面を意味する。
【００６４】
実施例１の基板の表面のＸＲＤパターンを測定した。実施例１のＸＲＤパターンは、ＡｌＮの（００２）面に由来する回折線のピークを有していた。またＡｌＮの（１１２）面の極図をＸＲＤ法で測定した。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。一方、ＸＲＤパターンは、ＡｌＮ及びサファイア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。これらの測定結果は、実施例１の基板の表面がＡｌＮの単結晶を含むことを示していた。
【００６５】
実施例１の基板の表面のωスキャンにより、実施例１のＲＣ（００２）を測定した。実施例１のＲＣ（００２）は、図６に示される。ＲＣ（００２）の半値幅は、ＨＷ（００２）と表記される。実施例１のＨＷ（００２）は、下記表１に示される。
【００６６】
実施例１の基板の表面のφスキャンにより、実施例１のＲＣ（１００）を測定した。実施例１のＲＣ（１００）は、図７に示される。ＲＣ（１００）の半値幅は、ＨＷ（１００）と表記される。実施例１のＨＷ（１００）は、下記表１に示される。
【００６７】
以上の分析結果は、ＡｌＮの単結晶層が、サファイア基板の表面に形成されていることを示していた。つまり、実施例１の基板は、第一層と、第一層が重なる第二層と、を備え、第一層はＡｌＮの単結晶であり、第二層はα‐アルミナの単結晶であった。ＡｌＮの単結晶層の（００２）面は、サファイア基板のｃ軸に沿って配向していた。換言すれば、第一層を構成するＡｌＮの単結晶の（００２）面は、第一層の表面に略平行であった。
【００６８】
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、第一層の表面からの深さ方向に沿って、基板の組成を分析した。深さ方向とは、第一層の表面に垂直な方向を意味する。組成の分析には、ＥＳＣＡ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ)及びＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いた。分析の結果は、第一層がＣａ（添加元素Ｍ）を含むことを示していた。上述の添加元素含有領域が、第一層の表面近傍に偏在しており、また添加元素含有領域は、第一層と第二層の界面近傍にも偏在していた。
【００６９】
実施例１の第一層の厚さＴを、エリプソメーター（ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）で測定した。実施例１の第一層の厚さＴは、下記表１に示される。
【００７０】
実施例１の場合と同様の方法で、実施例２〜５、比較例１及び２其々の基板を個別に分析した。
【００７１】
実施例２〜５、比較例１及び２のいずれの基板の場合も、第一層と、第一層が重なる第二層と、を備え、第一層はＡｌＮの単結晶であり、第二層はα‐アルミナの単結晶であった。実施例２〜５、比較例１及び２のいずれの場合も、ＡｌＮの単結晶の（００２）面は、サファイア基板のｃ軸に沿って配向していた。
【００７２】
実施例２〜５の第一層はいずれも添加元素Ｍを含んでいた。実施例２〜５のいずれの場合も、添加元素含有領域が、第一層の表面近傍に偏在していた。また実施例２〜５のいずれの場合も、添加元素含有領域が、第一層と第二層の界面近傍にも偏在していた。
【００７３】
実施例２〜５のＸＲＤパターンのいずれも、ＡｌＮ及びサファイア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、実施例２〜５のＸＲＤパターンのいずれも、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。
【００７４】
実施例２〜５、比較例１及び２其々のＨＷ（００２）は、下記表１に示される。実施例２〜５、比較例１及び２其々のＨＷ（１００）は、下記表１に示される。実施例２〜５、比較例１及び２其々の第一層の厚さＴは、下記表１に示される。
【００７５】
実施例１の第一層の表面を金属顕微鏡で分析した。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた分析により、実施例１の第一層の表面の自乗平均面粗さ（ＲＭＳ）を測定した。実施例１の同様の方法により、実施例２〜５、比較例１及び２其々の第一層の表面を分析した。実施例１〜５のいずれの場合も、金属顕微鏡で観察された第一層の表面全体が平滑であった。実施例２〜５其々の第一層の表面のＲＭＳは、０．２ｎｍ以上０．６ｎｍ以下である範囲内であった。一方、比較例１の第一層の表面全体は平坦であり、比較例１の第一層の表面のＲＭＳは、０．２ｎｍであった。比較例２の第一層の表面の表面全体には凹凸があった。比較例２の第一層の表面のＲＭＳは、６．０ｎｍであった。
【００７６】
＜発光素子の作製及び分析＞
実施例１の基板を用いた以下の方法により、実施例１の深紫外線発光ダイオード（発光素子）を作製した。以下に記載の各層は、いずれもＭＯＣＶＤ法によって形成した。
【００７７】
ｎ型バッファー層（ｎ型半導体層）を、基板の表面（第一層の表面）に形成した。ｎ型バッファー層の厚さは、２μｍであった。ｎ型バッファー層は、ＳｉがドープされたＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎからなっていた。
【００７８】
第一障壁層、第一井戸層、第二障壁層、第二井戸層、第三障壁層、第三井戸層及び第四障壁層を、この順序でｎ型バッファー層の表面に積層することにより、発光層を形成した。つまり、発光層は、４つの障壁層と３つの井戸層とからなる多重量子井戸構造を有していた。各障壁層の厚さは、６．０ｎｍであった。各障壁層は、Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎからなっていた。各井戸層の厚さは、１．５ｎｍであった。各井戸層は、Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎからなっていた。
【００７９】
ｐ型クラッド層を発光層の表面に積層し、ｐ型コンタクト層をｐ型クラッド層の表面に積層した。ｐ型クラッド層の厚さは、２０ｎｍであった。ｐ型クラッド層は、ＭｇがドープされたＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎからなっていた。ｐ型コンタクト層の厚さは、６０ｎｍであった。ｐ型コンタクト層は、ＭｇがドープされたＧａＮからなっていた。
【００８０】
以上の方法により作製された積層体を切断して複数のチップに分割することにより、実施例１の発光ダイオード（ＬＥＤチップ）を作製した。
【００８１】
実施例１と同様の方法により、実施例２〜５、比較例１及び２其々の基板を用いて、実施例２〜５、比較例１及び２其々の発光ダイオードを作製した。
【００８２】
フォトルミネッセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）法により、実施例１の発光ダイオードから放出される光の波長の標準偏差σを算出した。フォトルミネッセンス法では、発光ダイオードへ光を照射することにより、発光ダイオード中の電子を励起させる。励起した電子が基底状態に戻ることに伴って発光ダイオードから光が放出される。発光ダイオードから放出される光の波長が測定される。測定された光の波長の分布から、光の波長の標準偏差σが算出される。発光ダイオードへ照射される光の波長は、１９２ｎｍであった。発光層から放出される光の波長の平均値は、２８０ｎｍであった。フォトルミネッセンス法は常温で行った。実施例１の光の波長の標準偏差σは、下記表１に示される。
【００８３】
実施例１と同様の方法で、実施例２〜５及び比較例１其々の標準偏差σが算出された。実施例２〜５及び比較例１其々の標準偏差σは、下記表１に示される。比較例２の発光ダイオードを用いたフォトルミネッセンス法では、光が発光ダイオードから放出されなかった。
【００８４】
Ｎｉ／Ａｕ電極を、実施例１の発光ダイオードのｎ型バッファー層及びｐ型コンタクト層其々の表面に形成した。電極及び第二層を除く発光ダイオードの表面を保護膜で覆った。保護膜は、ＳｉＯ２からなっていた。これらの加工を経た実施例１の発光ダイオードの電極間に電流を流した。電流に伴う発光ダイオードの発光の有無を、照度計で評価した。
【００８５】
実施例１と同様の方法で、実施例２〜５、比較例１及び２其々の発光ダイオードの発光の有無を評価した。
【００８６】
実施例１〜５及び比較例１其々の発光ダイオードは発光した。比較例２の発光ダイオードは発光しなかった。
【００８７】
【表１】
2020142956.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００８８】
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。
【符号の説明】
【００８９】
１０…基板、３９…バッファー層、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、Ｌ１…第一層、Ｌ２…第二層、ＳＬ１…第一層Ｌ１の表面、ｕｃ…窒化アルミニウムの結晶構造の単位胞、ｄ１…入射Ｘ線の方向、ｄ２…検出器の方向、ＸＲ…Ｘ線源、Ｄ…回折Ｘ線の検出器。
【図１】
2020142956.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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