具体实施方式

[第一本发明的实施方式]

以下，参照附图对第一本发明的优选的实施方式进行说明。将第一本发明的实施方式记载为第一实施方式。在附图中，对相同的构成要素标注相同的符号。第一本发明不限定于下述第一实施方式。图1、图4、图5及图8所示的X、Y及Z是指相互正交的三个坐标轴。各坐标轴表示的方向在图1、图4、图5及图8中相同。

(基板)

第一实施方式的基板示于图1中。图1是基板10的ZX面方向的截面。换言之，图1是与基板10的厚度方向Z平行的基板10的截面，是与第一层L1的表面S_L1垂直的基板10的截面。基板10的厚度方向Z也可以改称为距基板10的表面的深度方向。

如图1所示，第一实施方式的基板10具备第一层L1及第二层L2。第一层L1与第二层L2重叠。第一层L1可以是与第二层L2直接重叠。

第一层L1包含结晶质的氮化铝(AlN)和添加元素M。添加元素M为选自稀土元素、碱土元素及碱金属元素中的至少一种。添加元素M也可以包含于结晶质的氮化铝中。第一层L1也可以仅由包含添加元素M的结晶质的氮化铝构成。第一层L1也可以含有：包含添加元素M的氮化铝的多晶。第一层L1也可以仅由包含添加元素M的氮化铝的多晶构成。只要不损害第一层L1中的氮化铝的结晶性，第一层L1除了包含铝、氮及添加元素M之外，也可以包含其它的元素(杂质等)。例如，第一层L1中面向第二层L2的区域也可以包含微量的氧。后面叙述第一层L1所含的添加元素M的详细内容。

第二层L2中包含结晶质的α-氧化铝(α-Al₂O₃)。α-氧化铝也可以改称为具有刚玉结构的氧化铝。第二层L2也可以仅由结晶质的α-氧化铝构成。第二层L2也可以仅由蓝宝石构成。蓝宝石也可以改称为α-氧化铝的单晶。只要不损害α-氧化铝的结晶性，第二层L2也可以包含铝及氧以外的元素(杂质等)。例如，第二层L2中面向第一层L1的区域也可以包含微量的氮。

第一层L1中所含的氮化铝的结晶结构是六方晶系的纤锌矿型结构。氮化铝的结晶结构由图2所示的晶胞uc构成。晶胞uc中，氮(N)配置于三角锥的4个顶点的各个顶点，铝(Al)配置于三角锥的内侧。图3所示的晶胞uc与图2的晶胞uc相同。图3中，为了表示氮化铝的结晶面，省略了氮。图3中的a、b及c是构成晶胞uc的基本矢量。a的方位为＜100＞。b的方位为＜010＞。c的方位为＜001＞。＜100＞及＜010＞也可以与第一层L1的表面S_L1大致平行。换言之，第一层L1中所含的氮化铝的(100)面及(010)面也可以与第一层L1的表面S_L1大致垂直。＜001＞也可以与第一层L1的表面S_L1大致垂直。换言之，第一层L1中所含的氮化铝的(001)面及(002)面也可以与第一层L1的表面S_L1大致平行。

RC(002)是源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的摇摆曲线(Rocking Curve)。氮化铝的(002)面示于图3中。RC(002)通过第一层L1的表面S_L1的ω扫描而测定。

ω扫描的概要示于图4中。ω扫描是面外(Out оf Plane)测定的一种。在ω扫描中，入射X射线从X射线源XR向第一层L1的表面S_L1照射。方向d1为入射X射线的方向。入射X射线在氮化铝的(002)面上衍射，作为衍射X射线被检测器D检测。在将基准点定义为第一层L1的表面S_L1中照射入射X射线的位置的情况下，方向d2是从基准点朝向检测器D的方向。即，方向d2是检测器D相对于照射入射X射线的位置的方向。2θ₁是源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的衍射角。Ω是第一层L1的表面S_L1与入射X射线的方向d1之间的角度。即，ω是第一层L1的表面S_L1相对于入射X射线的方向d1的倾斜(tilt)角。ω的单位为度(°)。ω扫描是如下方法：将方向d1与方向d2之间的角度固定成衍射角2θ₁，随着ω的变化而连续地测定源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的强度。RC(002)也可以改称为源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的强度的倾斜分布。

RC(002)的一例示于图6中。RC(002)的横轴为Δω。RC(002)的纵轴为衍射X射线的强度。衍射X射线的强度的单位例如也可以为cps(每秒计数(cоunt per secоnd))。RC(002)的横轴上的原点与源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的强度最大的ω(即θ₁)对应。在将ω0定义为源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的强度最大的ω的情况下，RC(002)是ω为(ω0－Δω)以上且(ω0+Δω)以下的范围内的衍射X射线的强度的分布。入射X射线也可以是铜(Cu)的特性X射线(CuKα射线)，源自氮化铝的(002)面的衍射X射线的衍射角2θ₁也可以是36.00°。

RC(100)是源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的摇摆曲线。氮化铝的(100)面示于图3中。RC(100)通过第一层L1的表面S_L1的扫描而测定。

φ扫描的概要示于图5中。φ扫描是面内(In Plane)测定的一种。为了便于说明，基板10为圆盘(晶圆)，第一层L1的表面S_L1为圆。φ扫描中，基板10相对于第一层L1的表面S_L1的中心进行旋转。即，第一层L1的表面S_L1的中心为基板10的旋转中心，φ为基板10的旋转角。φ的单位为度(°)。φ扫描中，入射X射线从X射线源XR向第一层L1的表面S_L1的中心照射。方向d1为入射X射线的方向。φ扫描中使用的入射X射线与第一层L1的表面S_L1大致平行。入射X射线在氮化铝的(100)面上衍射，并作为衍射X射线被检测器D检测。通过φ扫描而测定的衍射X射线与第一层L1的表面S_L1大致平行。在将基准点定义为第一层L1的表面S_L1中照射入射X射线的位置(即表面S_L1的中心)的情况下，方向d2是从基准点朝向检测器D的方向。即，方向d2是检测器D相对于照射入射X射线的位置的方向。2θ₂是源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的衍射角。φ扫描是如下方法：将方向d1与方向d2之间的角度固定成衍射角2θ₂，随着φ的变化而连续地测定源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的强度。RC(100)也可以改称为源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的强度的扭转(twist)分布。

RC(100)的一例示于图7中。RC(100)的横轴为Δφ。RC(100)的纵轴是衍射X射线的强度。RC(100)的横轴的原点与源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的强度最大的φ(即θ₂)对应。在将φ0定义为源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的强度最大的φ的情况下，RC(100)是φ为(φ0－Δφ)以上且(φ0+Δφ)以下的范围内的衍射X射线的强度的分布。入射X射线也可以是铜(Cu)的特性X射线(CuKα射线)，源自氮化铝的(100)面的衍射X射线的衍射角2θ₂也可以是33.20°。

RC(002)的半值宽度(half width)为0°以上且0.4°以下。RC(100)的半值宽度为0°以上且0.8°以下。半值宽度是指半值全宽(full width at half maximum，FWHM)。RC(002)的半值宽度越小，越多的(002)面向特定的方向取向。(002)面取向的特定的方向例如是沿着第一层L1的表面S_L1的法线方向的方向。(100)的半值宽度的半值宽度越小，越多的(100)面向特定的方向取向。(100)面取向的特定的方向例如是沿着第一层L1的表面S_L1的面内方向的方向。RC(002)及RC(100)双方的半值宽度越小，第一层L1的组成越均匀，第一层L1的结晶性越优异。即，RC(002)及RC(100)双方的半值宽度越小，Al及N在第一层L1中越均匀地分布，第一层L1中的AlN的晶体缺陷越少。在Al及N均匀地分布于第一层L1中，且第一层L1中的AlN的晶体缺陷少的情况下，形成于第一层L1层的表面S_L1的各半导体层(发光元件等)的组成也变得均匀，抑制各半导体层的晶体缺陷的形成。其结果，可降低从发光元件释放的光的波长的标准偏差σ，能够以高的成品率制造具有高的发光效率的发光元件。波长的标准偏差σ越小，越容易将从发光元件释放的光的波长控制成特定的值。其结果，向发光元件供给的电力容易有效地转换至具有期望波长的光。本发明人等发现：通过RC(002)的半值宽度为0°以上且0.4°以下，且RC(100)的半值宽度为0°以上且0.8°以下，能够充分降低从发光元件释放的光的波长的标准偏差σ。

RC(002)的半值宽度也可以为0.14°以上且0.4°以下，RC(100)的半值宽度也可以为0.22°以上且0.8°以下。RC(002)的半值宽度也可以为0.15°以上且0.38°以下，RC(100)的半值宽度也可以为0.23°以上且0.75°以下。RC(002)的半值宽度也可以为0.28°以上且0.38°以下，RC(100)的半值宽度也可以为0.49°以上且0.75°以下。RC(002)的半值宽度也可以为0.003°以上且0.2°以下，RC(100)的半值宽度也可以为0.003°以上且0.4°以下。在RC(002)及RC(100)各自的半值宽度为上述范围内的情况下，容易降低波长的标准偏差σ，发光元件的发光效率容易增加。第一层L1是通过蓝宝石基板的表面的氮化而形成的，因此，第一层L1的结晶性影响蓝宝石基板的结晶性。因此，在蓝宝石基板不是完全的单晶的情况下，RC(002)及RC(100)各自的半值宽度趋于比零大。

添加元素M为选自稀土元素、碱土元素及碱金属元素中的至少一种。即，添加元素M为选自钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、秋(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)及镭(Ra)中的至少一种。

在基板10的制造过程中，通过在添加元素M的存在下将蓝宝石基板的表面进行氮化，添加元素M促进蓝宝石基板的表面的氮化。其结果，能够形成极其薄、且RC(002)及RC(100)各自的半值宽度充分小的第一层L1。

第一层L1也可以包含：添加元素M的含量的合计为0.1质量ppm以上且200质量ppm以下的区域。以下，将添加元素M的含量的合计为0.1质量ppm以上且200质量ppm以下的区域记载为含有添加元素的区域。含有添加元素的区域容易偏在于第一层L1的表面S_L1的附近。另外，含有添加元素的区域容易偏在于第一层L1与第二层L2的界面的附近。通过第一层L1包含含有添加元素的区域，第一层L1的表面S_L1容易变得平滑。通过发光层等半导体层层叠于第一层L1的平滑的表面S_L1，抑制半导体层中的晶体缺陷，半导体层的表面也变得平滑。即，包含含有添加元素的区域的第一层L1的表面S_L1适合于半导体层的形成。在含有添加元素的区域偏在于第一层L1与第二层L2的界面的附近的情况下，应力容易集中于含有添加元素的区域，容易抑制第一层L1的翘曲。在含有添加元素的区域包含离子半径比Al、O及N大的添加元素的情况下，应力容易集中于含有添加元素的区域。含有添加元素的区域中所含的添加元素的至少一部分也可以为Eu及Ca中的至少一种。通过含有添加元素的区域包含Eu及Ca中的至少一种，容易得到含有添加元素的区域所引起的上述的效果。

第一层L1的厚度T为5nm以上且600nm以下。通过第一层L1的厚度T为5nm以上，容易得到由第一层L1所引起的第一本发明的上述效果。在第一层L1的厚度T为600nm以下的情况下，在第一层L1的形成过程中，在蓝宝石基板中不易产生应力，容易抑制蓝宝石基板的翘曲。其结果，形成抑制了翘曲的基板10。通过使用该基板10制造发光元件，能够降低从发光元件释放的光的波长的标准偏差σ。在第一层L1的厚度T比600nm大的情况下，第一层L1的组成容易变得不均匀，第一层L1的结晶性容易劣化。即，在第一层L1的厚度T比600nm大的情况下，构成第一层L1的Al及N在缓冲层中难以均匀地分布，晶体缺陷容易形成于第一层L1中。其结果，RC(002)的半值宽度容易超过0.4°，RC(100)的半值宽度容易超过0.8°。第一层L1的厚度T也可以为5nm以上且200nm以下、5nm以上且70nm以下、5nm以上且50nm以下、或5nm以上且10nm以下。在第一层L1的厚度T为上述范围内的情况下，容易降低波长的标准偏差σ，发光元件的发光效率容易增加。

基板10整体的厚度例如也可以为50μm以上且3000μm以下。第二层L2的厚度也可以是基板10整体的厚度减去第一层L1的厚度T的值。例如，第二层L2的厚度也可以是49.4μm以上且2999.995μm以下。

只要不损害第一层L1的结晶性，中间层也可以介设于第一层L1与第二层L2之间。即，第一层L1也可以经由中间层与第二层L2间接地层叠。中间层也可以包含Al、N及O。中间层也可以仅由Al、N及O构成。中间层也可以包含Al、N、O及添加元素M。中间层也可以仅由Al、N、O及添加元素M构成。中间层中的N的含量也可以是沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向减少。中间层中的O的含量也可以是沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向增加。中间层最好不包含发生光反射的一个原因即氮氧化铝(AlON)。

(基板的制造方法)

第一实施方式的基板10的制造方法具备：使添加元素M附着于蓝宝石基板的一表面的工序；以及，将附着有添加元素M的蓝宝石基板的表面在氮气中加热的氮化处理工序。

蓝宝石基板为由α-氧化铝的单晶构成的基板。蓝宝石基板也可以为圆盘(晶圆)。晶圆的直径例如也可以为50mm以上且300mm以下。通过晶圆的直径为50mm以上，容易降低波长的标准偏差σ。通过晶圆的直径为300mm以下，容易形成由均质的AlN的单晶构成的第一层L1。

氮难以扩散及到达至距蓝宝石基板的表面的深度较大的部位。氮未扩散及未到达的区域作为包含结晶质的α-氧化铝的第二层残存。另一方面，导入了氮的蓝宝石基板的表面附近被充分氮化，成为包含结晶质的氮化铝的第一层L1。

在氮气中加热蓝宝石基板之前，使添加元素M附着于蓝宝石基板的表面的一部分或整体。例如，也可以将包含添加元素M的有机金属化合物的溶液涂布于蓝宝石基板的表面。另外，也可以是：通过将涂布有溶液的蓝宝石基板在大气中加热，从而仅使有机成分分解及烧毁。作为包含添加元素M的有机金属化合物的溶液，也可以使用有机金属分解法(Metal Organic Decomposition：MOD)中使用的有机金属化合物的溶液。

将附着有添加元素M的蓝宝石基板在氮气中进行加热。其结果，添加元素M从蓝宝石基板的表面提取氧(O^2－)，氧缺陷形成于蓝宝石基板的表面。氮被导入到氧缺陷中，穿过氧缺陷并从蓝宝石基板的表面(单面)向蓝宝石基板的内部进行热扩散。即，通过蓝宝石基板的表面上的还原氮化反应，氧被氮置换。其结果，在与基板10的表面平行的方向上容易均匀地形成第一层L1及第二层L2的各个层。

附着于蓝宝石基板的表面的至少一部分添加元素M优选为铕及钙中的至少一种。附着于蓝宝石基板的表面的至少一部分添加元素M更优选为铕。铕或钙是电负性较小的元素。因此，通过使铕或钙附着于蓝宝石基板的表面，铕或钙容易从蓝宝石基板的表面提取氧(O^2－)，容易在蓝宝石基板的表面形成氧缺陷。其结果，氮容易经由氧缺陷向蓝宝石基板内进行热扩散，容易形成第一层L1及第二层L2。另外，铕或钙是添加元素M中熔点较低的元素。因此，即使是在低温条件下，铕或钙也容易作为半液相向蓝宝石基板的整体表面扩散。其结果，在与基板10的表面平行的方向上容易均匀地形成第一层L1及第二层L2的各个层。

当在氮气中加热的基板的温度成为1630℃以上时，作为光反射的一个原因的氮氧化铝开始在基板中生成，特别是在1700℃以上容易生成氮氧化铝。但是，在蓝宝石基板的温度为1680℃以下的情况下，通过将附着有添加元素M的蓝宝石基板在氮气中加热，能够一边充分地抑制氮氧化铝的生成，一边形成第一层L1及第二层L2。

如上所述，对于铕及钙而言，即使是在较低温下，也容易向蓝宝石基板的整体表面充分扩散，容易从蓝宝石基板的表面提取氧。因此，即使是在氮气中加热的蓝宝石基板的温度为难以生成氮化铝的低温的情况下，通过使用铕及钙中至少一方，也容易引起蓝宝石基板中的氮的热扩散，能够容易地形成第一层L1及第二层L2。难以生成氮化铝的低温例如为低于1630℃或1600℃以下。通过添加元素M附着于蓝宝石基板，能够在低于1630℃的温度下，一边抑制氮氧化铝的生成，一边形成第一层L1及第二层L2。

在使用了熔点比铕及钙更高的添加元素M的情况下，为了使添加元素M向蓝宝石基板的整体表面扩散，必须以比使用铕或钙的情况更高的温度加热蓝宝石基板。但是，蓝宝石基板的温度越高，越容易生成发生光反射的一个原因的氮氧化铝。

在氮气中加热的蓝宝石基板的温度(氮化处理温度)也可以为1550℃以上且1700℃以下、1600℃以上且1680℃以下、或1600℃以上且低于1630℃。如上所述，为了使氮气向蓝宝石基板内进行热扩散，优选氮化处理温度至少为1550℃以上。在未使用添加元素M的情况下，蓝宝石的氮化在1630℃以上的氮化处理温度下发展，并且在基板中生成氮氧化铝。但是，即使是在氮化处理温度为1630℃以下的情况下，通过使用添加元素M，也能够在基板中不生成氮氧化铝的情况下使蓝宝石氮化。在氮化处理温度低于1700℃、更优选为1630℃以下的情况下，能够抑制基板中的氮氧化铝的生成。在氮化处理温度低于1630℃或1600℃以下的情况下，通过使用添加元素M，能够在基板的表面生成氮化铝。在氮化处理温度为1600℃以上且低于1630℃的情况下，容易提高包含结晶质的氮化铝的第一层L1的表面的平滑性。

也可以根据氮化处理的温度、时间、添加元素M的使用量、及氮气的分压或供给量，控制第一层L1的厚度及组成。在氮气中加热的蓝宝石基板的温度越高，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少。在氮气中加热蓝宝石基板的时间越长，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少。附着于蓝宝石基板的表面进行扩散的添加元素M越多，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少。氮气的分压或供给量越大，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少，

至少实施两次氮化处理工序。例如，可以是：将附着有添加元素M的蓝宝石基板在上述的氮化处理温度下进行短时间加热后，将蓝宝石基板以上述的氮化处理温度加热更长时间。通过第一次加热，添加元素M容易均匀地扩散至蓝宝石基板的整体表面。换言之，通过第一次加热，添加元素M容易均匀地扩散至蓝宝石基板的表层。接着，通过第二次的长时间的加热，氮容易从蓝宝石基板的表面向内部均匀地扩散。其结果，容易提高第一层L1的表面的平滑性。在不将氮化处理分成两次的步骤而长时间加热蓝宝石基板的情况下，RC(002)及RC(100)各自的半值宽度容易超过上述的上限值，容易损害第一层L1的表面的平滑性。即，难以仅通过一次的氮化处理来制造第一实施方式的基板。第一次氮化处理工序的继续时间也可以为1小时以上且8小时以下。第二次氮化处理工序的继续时间也可以为1小时以上且108小时以下。氮化处理工序的继续时间改称为附着有添加元素M的蓝宝石基板加热的时间。在第二次氮化处理工序的继续时间过长的情况下，第一层L1变厚，第一层L1的组成容易变得不均匀，容易损害第一层L1的结晶性，RC(002)及RC(100)各自的半值宽度容易增加。

在氮气中的蓝宝石基板的氮化处理也可以在碳粉末的存在下实施。通过添加元素M从蓝宝石基板提取的氧与气氛中的碳发生反应而生成一氧化碳。

通过以上的制造方法，制造第一实施方式的基板10。

(发光元件)

第一实施方式的基板10也可以用于发光元件。即，第一实施方式的发光元件具备上述的基板10。通过发光元件具备基板10，降低从发光元件释放的光的波长的标准偏差σ。例如，第一实施方式的发光元件也可以是发光二极管。发光二极管例如也可以是UVC LED或DUV LED等深紫外线发光二极管。以下，作为具备基板10的发光元件的一例，说明图8所示的发光二极管100。但是，第一实施方式的发光二极管的结构不限定于图8所示的层叠结构。

第一实施方式的发光二极管100具备：基板10、重叠于第一层L1(基板10的单面)的n型半导体层40、重叠于n型半导体层40的发光层42、重叠于发光层42的p型半导体层44、设置于n型半导体层40的表面的第一电极48、设置于p型半导体层44的表面的第二电极46。障壁层(电子块层)也可以介设于发光层42与p型半导体层44之间。

n型半导体层40也可以经由缓冲层39与第一层L1间接地重叠。例如，缓冲层39也可以仅由第ⅢA族元素的氮化物的单晶构成。例如，缓冲层39也可以是Al及Ga中至少任一方的氮化物的单晶。通过缓冲层39配置于n型半导体层40与第一层L1之间，容易抑制层叠于基板10的各半导体层的晶体缺陷。在缓冲层39充分薄的情况下，容易降低波长的标准偏差σ。缓冲层39不是必须的，n型半导体层40也可以直接重叠于第一层L1。

n型半导体层40例如也可以包含n型的氮化镓(n－GaN)或n型的氮化铝镓(n－AlGaN)。n型半导体层40也可以还包含硅(Si)。n型半导体层40也可以由多个层构成。发光层42例如也可以包含氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化铟镓(InGaN)。发光层42也可以由多个层构成。p型半导体层44例如也可以包含p型的氮化镓(p－GaN)或p型的氮化铝镓(p－AlGaN)。p型半导体层44也可以还包含镁(Mg)。p型半导体层44也可以由多个层构成。例如，p型半导体层44也可以具有：重叠于发光层42的p型包覆层、重叠于p型包覆层的p型接触层。设置于n型半导体层40的第一电极48例如也可以包含铟(In)。设置于p型半导体层44的第二电极46例如也可以包含镍(Ni)及金(Au)中的至少任一方。

以上，对第一本发明的一实施方式进行了说明，但第一本发明丝毫不限定于上述实施方式。

例如，第一实施方式的基板10的用途不限定于发光二极管。第一实施方式的发光元件也可以是半导体激光振荡器。即，第一实施方式的基板10也可以是具备紫外线激光器等的半导体激光振荡器的基板。第一实施方式的基板10也可以用于功率晶体管。

[第二本发明的实施方式]

以下，参照附图对第二本发明的优选的实施方式进行说明。第二本发明的实施方式记载为第二实施方式。在附图中，对相同的构成要素标注相同的符号。第二本发明不限定于下述第二实施方式。各图中所示的X、Y及Z是指相互正交的三个坐标轴。各坐标轴表示的方向在全部图中相同。

(基板)

第二实施方式的基板示于图9及图10中。图10是图9所示的基板10的ZX面方向上的截面。换言之，图10是与基板10的厚度方向Z平行的基板10的截面，是相对于基板10的表面(XY面方向)垂直的基板10的截面。基板10的厚度方向Z也可以改称为距基板10的表面的深度方向。

如图10所示，第二实施方式的基板10具备：第一层L1、第二层L2、夹持于第一层L1及第二层L2之间的中间层Lm。第一层L1与中间层Lm直接相接。第二层L2也与中间层Lm直接相接。

第一层L1包含结晶质的氮化铝(AlN)。第一层L1也可以仅由结晶质的氮化铝构成。第一层L1也可以仅由氮化铝的单晶构成。但是，只要不损害氮化铝的结晶性，第一层L1也可以包含铝及氮以外的元素(杂质等)。例如，第一层L1中面向中间层Lm的区域也可以包含不损害氮化铝的结晶性程度的微量的氧。第一层L1中面向中间层Lm的区域也可以包含不损害氮化铝的结晶性程度的微量的添加元素M。后面叙述添加元素M的详细内容。

第二层L2包含结晶质的α-氧化铝(α-Al₂O₃)。α-氧化铝也可以改称为具有刚玉结构的氧化铝。第二层L2也可以仅由结晶质的α-氧化铝构成。第二层L2也可以仅由蓝宝石构成。蓝宝石也可以改称为α-氧化铝的单晶。只要不损害α-氧化铝的结晶性，第二层L2也可以包含铝及氧以外的元素(杂质等)。例如，第二层L2中面向中间层Lm的区域也可以包含不损害α-氧化铝的结晶性程度的微量的氮。第二层L2中面向中间层Lm的区域也可以包含不损害α-氧化铝的结晶性程度的微量的添加元素M。

中间层Lm包含铝(Al)、氮(N)、氧(O)及添加元素M。添加元素M为选自稀土元素、碱土元素及碱金属元素中的至少一种。中间层Lm也可以仅由Al、N、O及M构成。中间层Lm除了包含Al、N、O及M之外，也可以还包含极其微量的其它元素(例如杂质)。中间层Lm中的添加元素M的浓度的最大值为0.1质量ppm以上且200质量ppm以下。在中间层Lm包含多种添加元素M的情况下，中间层Lm中的添加元素M的浓度是中间层Lm中所含的多种添加元素M的浓度的合计。以下所记载的含有添加元素的区域m是中间层Lm中的添加元素M的浓度最大的区域。换言之，含有添加元素的区域m是中间层Lm中添加元素M的浓度为0.1质量ppm以上且200质量ppm以下的区域。中间层Lm中的添加元素M的浓度也可以是不均匀的，中间层Lm的一部分也可以为含有添加元素的区域m。中间层Lm中的添加元素M的浓度也可以是均匀的，中间层Lm的整体也可以为含有添加元素的区域m。中间层Lm中含有添加元素的区域m以外的部分的添加元素M的含量的合计也可以为0质量ppm以上且低于0.1质量ppm。

α-氧化铝(蓝宝石)及AlN在热膨胀率及晶格常数上不同。因此，在没有中间层Lm的情况下，由于基板10的制造过程中的蓝宝石基板及AlN层的加热，应力容易作用于第一层L1及第二层L2的界面。由于应力作用于第一层L1及第二层L2的界面，蓝宝石基板及AlN层容易破裂。破裂容易在应力集中的界面形成。另一方面，在中间层Lm配置于第一层L1及第二层L2之间的情况下，第一层L1及第二层L2直接相接的界面消失。即，基板10与不具备中间层Lm的现有的基板不同，不具有应力容易集中的界面。而且，中间层Lm的至少一部分是含有添加元素的区域m，因此，作用于基板10的应力容易在中间层Lm中的含有添加元素的区域m分散。在中间层Lm的整体为含有添加元素的区域m的情况下，作用于基板10的应力容易在中间层Lm整体中分散。在晶格的尺度上，由于α-氧化铝及AlN的结晶结构的差异所引起的应力作用于中间层Lm。通过中间层Lm包含添加元素M，晶格容易因应力而发生变形，从而缓和应力。晶格的尺寸上的应力的缓和是由于添加元素M的阳离子的离子半径比铝离子的离子半径大的倾向所引起的。

由于上述的原因，包含含有添加元素的区域m的中间层Lm缓和作用于基板10的局部的应力。其结果，抑制基板10的破裂。

基板10是通过在添加元素M及碳的存在下，将蓝宝石基板的表面进行氮化而制造的。添加元素M促进蓝宝石基板的表面的氮化。另外，如上所述，包含含有添加元素的区域m的中间层Lm在基板10的制造过程中缓和作用于基板10的应力。其结果，抑制基板10的制造过程中的基板10的翘曲。在基板10的制造过程中，添加元素M促进氮化，且抑制基板10的翘曲，由此，第一层L1的生长过程中的第一层L1及第二层L2的温度变得均匀，将蓝宝石基板的表面均匀地氮化，第一层L1容易在蓝宝石基板的表面均匀地生长。其结果，第一层L1的组成变得均匀，第一层L1的结晶性提高。换言之，构成第一层L1的Al及N容易在第一层L1中均匀地分布，抑制第一层L1中的晶体缺陷。其结果，完成的AlN层的表面变得平滑。通过将各半导体层形成于AlN层的平滑的表面，各半导体层的组成变得均匀，各半导体层的结晶性提高，各半导体层的表面变得平滑。其结果，抑制发光元件的破裂，能够以较高的成品率制造具有所期望功能的发光元件。

在中间层Lm的添加元素M的浓度的最大值低于0.1质量ppm的情况下，中间层Lm的厚度趋于过小，无法充分缓和作用于基板10的应力，基板10容易破裂。在中间层Lm的添加元素M的浓度的最大值超过200质量ppm的情况下，第一层L1的厚度趋于过大，第一层L1的组成容易变得不均匀，在第一层L1中容易形成晶体缺陷，第一层L1的表面变得粗糙。其结果，各半导体层的组成变得不均匀，损害各半导体层的结晶性，各半导体层的表面也变得粗糙。即，在中间层Lm中的添加元素M的浓度的最大值超过200质量ppm的情况下，难以在发光元件的制造中使用基板10。从容易抑制基板10的破裂、且第一层L1的表面容易变得平滑的观点来看，中间层Lm中的添加元素M的浓度的最大值优选为0.5质量ppm以上且100质量ppm以下。

中间层Lm的厚度也可以为5nm以上且500nm以下。在中间层Lm的厚度为5nm以上的情况下，容易充分缓和作用于基板10的应力，容易抑制基板10的破裂。在中间层Lm的厚度为500nm以下的情况下，容易抑制第一层L1的晶体缺陷，第一层L1的表面容易变得平滑。从容易抑制基板10的破裂、且第一层L1的表面容易变得平滑的观点来看，中间层Lm的厚度优选为10nm以上且250nm以下。

中间层Lm中的氮的含量也可以是沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(基板10的厚度方向Z)减少。相比之下，中间层Lm中的氧的含量也可以是沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(基板10的厚度方向Z)增加。通过中间层Lm含有添加元素M，中间层Lm中的氮及氧各自的分布容易逐渐变化。Al也可以分布及分散于中间层Lm的整体。从第一层L1朝向第二层L2的方向也可以改称为深度方向。氮及氧各自的含量的单位也可以为质量％或原子％。

中间层Lm也可以是位于第一面p1与第二面p2之间的区域。第一面p1及第二面p2均不是可辨识的层间的界面(边界)，而是如下所述，基于化学上的组成来对其进行定义。将位于基板10内、且存在于与第一层L1及第二层L2大致平行的任意的一个面内的氮原子的数记载为[N]，将存在于相同的面内的氧原子的数记载为[O]。基于这些记载，第一面p1可以定义为[N]/([O]+[N])为0.9的面，第二面p2可以定义为[N]/([O]+[N])为0.1的面。第一面p1也可以改称为基于[N]/([O]+[N])而划分第一层L1和中间层Lm的面。第二面p2也可以改称为基于[N]/([O]+[N])而划分第二层L2和中间层Lm的面。中间层Lm也可以是从[N]/([O]+[N])开始减少的面到[N]/([O]+[N])的减少停止的面为止的期间的区域。也可以是：在从[N]/([O]+[N])开始减少的面到[N]/([O]+[N])的减少结束为止的面的期间，缓和作用于基板10的应力。中间层Lm的厚度也可以被定义为第一面p1与第二面p2的距离。

沿着深度方向的[N]/([O]+[N])及[O]/([O]+[N])各自的曲线的一例示于图12中。沿着深度方向的添加元素M的浓度＜M＞的曲线的一例也示于图12中。

如图12所示，中间层Lm中的氮的分布[N]/([O]+[N])也可以具有沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(基板10的厚度方向Z)的梯度，并且也可以沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向逐渐减少。中间层Lm中的氧的分布[O]/([O]+[N])也可以具有沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(基板10的厚度方向Z)的梯度，并且也可以沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向逐渐增加。在图10及图11所示的中间层Lm的截面中，越是颜色深的部分，[N]/([O]+[N])越大。换言之，在图10及图11所示的中间层Lm的截面中，越是颜色深的部分，[O]/([O]+[N])越小。

如图12所示，中间层Lm的组成也可以是：沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向，向第二层L2的组成(即，α-氧化铝)逐渐接近。换言之，中间层Lm的组成也可以是：沿着从第二层L2朝向第一层L1的方向，向第一层L1的组成(即，氮化铝)逐渐接近。这样，中间层Lm可以称为α-氧化铝和氮化铝混合地存在的层。

如上所述，基板10的组成也可以是在中间层Lm中逐渐(缓慢地)且连续地变化。换言之，在氮及氧各自的分布遍及第一层L1、中间层Lm及第二层L2连续地变化的观点来看，第一层L1的组成也可以与中间层Lm的组成连续，中间层Lm的组成也可以与第二层L2的组成连续。因此，也可以不存在第一层L1与中间层Lm之间的结晶结构上的界面(边界)，也可以不存在中间层Lm与第二层L2之间的结晶结构上的界面(边界)。例如，也可以是：在与基板10的厚度方向Z平行地切断的基板10的截面上，观察不到与第一面p1及第二面p2对应的界面。

如上所述，中间层Lm的组成也可以是：在从第一层L1朝向第二层L2的方向上，从AlN向Al₂O₃逐渐变化。中间层Lm的结晶结构也可以是：在从第一层L1朝向第二层L2的方向上，从AlN的结晶结构向Al₂O₃的结晶结构逐渐变化。通过使中间层Lm的组成及结晶结构具有上述的特征，容易在中间层Lm缓和作用于基板10的应力，容易抑制基板10的翘曲及破裂。

假定在不是中间层Lm、而是包含氮氧化铝(AlON)作为主成分的第三层介设于第一层L1与第二层L2之间的情况下，α-氧化铝(第二层L2)及氮氧化铝(第三层)在热膨胀率及晶格常数上不同，AlON及AlN(第一层L1)也在热膨胀率及晶格常数上不同。因此，在AlON层(第三层)配置于第一层L1及第二层L2之间的情况下，应力容易作用于对这些界面，难以缓和作用于基板10的应力。其结果，基板10容易发生破裂，第一层L1的表面容易变得粗糙。因此，中间层Lm最好完全不包含氮氧化铝。通过中间层Lm包含添加元素M，氮氧化铝难以存在于中间层Lm中。但是，也可以是：在中间层Lm中包含不阻碍上述的第二本发明的效果的程度的微量的氮氧化铝。第三层也可以改称为作为主成分的氮氧化铝均匀地分布的层、或由结晶质的氮氧化铝构成的层。

如图12所示，中间层Lm中的添加元素M的浓度也可以在[N]/([O]+[N])为1.0的面与[N]/([O]+[N])为0.5的面之间最大。换言之，含有添加元素的区域m也可以位于[N]/([O]+[N])为1.0的面与[N]/([O]+[N])为0.5的面之间。换言之，第一层L1与含有添加元素的区域m的距离也可以比含有添加元素的区域m与第二层L2的距离短。其结果，容易缓和作用于基板10的应力，容易抑制基板10的翘曲及破裂，第一层L1的表面容易变得平滑。由于同样的原因，含有添加元素的区域m也可以是按照与第一层L1的表面大致平行的方向扩展的层。

在基板10的组成在中间层Lm中逐渐(缓慢地)且连续地变化的情况下，基板10的内部的折射率也在中间层Lm中逐渐(缓慢地)且连续地变化。换言之，在基板10的内部，化学组成及折射率均难以临界性地(急剧地)变化。因此，在基板10的内部，难以引起在组成不同的层间的界面上的光的反射。换言之，难以在基板10的内部由于层间的折射率差而引起光反射。

假定在不是中间层Lm、而是包含氮氧化铝作为主成分的第三层介设于第一层L1与第二层L2之间的情况下，如下所述，容易在基板10内发生光反射。

第三层中所含的氮氧化铝是与第一层L1中所含的氮化铝完全不同的化合物，因此，在第一层L1与第三层之间存在界面(结晶结构上的边界)，容易在该界面发生光反射。换言之，第三层的折射率与第一层L1的折射率完全不同，因此，由于第一层L1与第三层之间的折射率差，容易在第一层L1与第三层之间的界面发生光反射。

另外，第三层中所含的氮氧化铝为与第二层L2中所含的α-氧化铝完全不同的化合物，因此，在第三层与第二层L2之间存在界面(结晶结构上的边界)，容易在该界面发生光反射。换言之，第三层的折射率与第二层L2的折射率完全不同，因此，由于第三层与第二层L2之间的折射率差，容易在第三层与第二层L2之间的界面发生光反射。

根据上述那样的不是具备包含氮氧化铝的第三层、而是具备组成连续地变化的中间层Lm的基板10，能够降低氮氧化铝所引起的光的反射。中间层Lm最好完全不包含氮氧化铝。但是，也可以在中间层Lm中包含不阻碍上述的第二本发明效果的程度的微量的氮氧化铝。

如图12所示，属于第一层L1且面向中间层Lm的区域附近的[N]/([O]+[N])也可以为比0.9大且1.0以下。换言之，属于第一层L1且面向中间层Lm的区域附近的[O]/([O]+[N])也可以为0以上且低于0.1。另外，如图12所示，属于第二层L2且面向中间层Lm的区域附近的[N]/([O]+[N])也可以为0以上且低于0.1。换言之，属于第二层L2且面向中间层Lm的区域附近的[O]/([O]+[N])也可以为比0.9大且1.0以下。

基板10的厚度例如也可以为50μm以上且3000μm以下。第一层L1的厚度例如也可以为50nm以上且1000nm以下。第二层L2的厚度例如也可以为约50μm以上且3000μm以下。

如上所述，添加元素M为选自稀土元素、碱土元素及碱金属元素中的至少一种。即，中间层Lm包含选自钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、秋(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)及镭(Ra)中的至少一种。中间层Lm也可以包含多种添加元素M。中间层Lm优选包含铕及钙中的至少任一种作为添加元素M。其结果，容易缓和作用于基板10的应力，容易抑制基板10的翘曲及破裂，第一层L1的表面容易变得平滑。

(基板的制造方法)

基板10的制造方法具备：使添加元素M附着于蓝宝石基板的一表面的工序；以及，将附着有添加元素M的蓝宝石基板的表面在氮气中进行加热的氮化处理工序。

蓝宝石基板为由α-氧化铝的单晶构成的基板。蓝宝石基板也可以为圆盘(晶圆)。晶圆的直径例如也可以为50mm以上且300mm以下。

越是距蓝宝石基板的表面的深度大的部位，氮越难以扩散及到达。因此，沿着距蓝宝石基板的表面的深度方向，氮的含量逐渐减少。其结果，在距蓝宝石基板的表面的深度为规定的值以上的区域形成中间层Lm。而且，氮未扩散且未到达的区域作为包含结晶质的α-氧化铝的第二层而残留。另一方面，导入了氮的蓝宝石基板的表面附近充分氮化，成为包含结晶质的氮化铝的第一层L1。

在将蓝宝石基板在氮气中进行加热之前，使添加元素M附着于蓝宝石基板的表面的一部分或整体。例如，也可以将包含添加元素M的有机金属化合物(M化合物)的溶液涂布于蓝宝石基板的表面。另外，也可以是：通过将涂布有溶液的蓝宝石基板在大气中进行加热，从而仅使有机成分进行分解及烧毁。作为包含添加元素M的有机金属化合物的溶液，例如，也可以使用有机金属分解法(Metal Organic Decomposition：MOD)中使用的有机金属化合物的溶液。有机金属化合物的溶液中的M化合物的含量也可以为0.0005质量％以上且0.05质量％以下。在有机金属化合物的溶液中的M化合物的含量为上述的范围内的情况下，容易将中间层Lm中的添加元素M的浓度的最大值控制在0.1质量ppm以上且200质量ppm以下，容易将中间层Lm的厚度控制在5nm以上且500nm以下。随着有机金属化合物的溶液中的M化合物的含量的增加，中间层Lm的厚度趋于增加。

将附着有添加元素M的蓝宝石基板在氮气中进行加热。其结果，添加元素M从蓝宝石基板的表面提取氧(O^2－)，在蓝宝石基板的表面形成氧缺陷。氮被导入到氧缺陷中，穿过氧缺陷从蓝宝石基板的表面(单面)热扩散至蓝宝石基板的内部。即，通过蓝宝石基板的表面上的还原氮化反应，氧被氮置换。其结果，在与基板10的表面平行的方向上容易均匀地形成第一层L1、中间层Lm及第二层L2的各个层。

附着于蓝宝石基板的表面的至少一部分添加元素M优选为铕及钙中的至少一种。附着于蓝宝石基板的表面的至少一部分添加元素M更优选为铕。铕或钙是电负性较小的元素。因此，通过使铕或钙附着于蓝宝石基板的表面，铕或钙容易从蓝宝石基板的表面提取氧(O^2－)，容易在蓝宝石基板的表面形成氧缺陷。其结果，氮容易经由氧缺陷热扩散至蓝宝石基板内，容易形成第一层L1、中间层Lm及第二层L2。另外，铕或钙是在添加元素M中熔点较低的元素。因此，即使是在低温条件下，铕或钙也容易作为半液相向蓝宝石基板的整体表面扩散。其结果，在与基板10的表面平行的方向上容易均匀地形成第一层L1、中间层Lm及第二层L2的各个层。

当在氮气中加热的基板的温度成为1630℃以上时，在基板中开始生成氮氧化铝，在1700℃以上特别容易生成氮氧化铝。但是，在蓝宝石基板的温度为1680℃以下的情况下，通过将附着有添加元素M的蓝宝石基板在氮气中进行加热，能够一边充分地抑制氮氧化铝的生成，一边形成第一层L1、中间层Lm及第二层L2。

如上所述，对于铕及钙而言，即使是在较低的温度下，也容易充分扩散至蓝宝石基板的整体表面，容易从蓝宝石基板的表面提取氧。因此，即使是在氮气中加热的蓝宝石基板的温度为难以生成氮化铝的低温的情况下，通过使用铕及钙中至少一方，也容易引起蓝宝石基板的氮的热扩散，能够容易地形成第一层L1、中间层Lm及第二层L2。难以生成氮化铝的低温例如为低于1630℃或1600℃以下。通过添加元素M附着于蓝宝石基板，能够在低于1630℃的温度下，一边抑制氮氧化铝的生成，一边形成第一层L1、中间层Lm及第二层L2。

在使用了熔点比铕及钙更高的添加元素M的情况下，为了使添加元素M扩散至蓝宝石基板的整体表面，必须以比使用铕或钙的情况更高的温度加热蓝宝石基板。但是，蓝宝石基板的温度越高，越容易生成氮氧化铝。

在氮气中加热的蓝宝石基板的温度(氮化处理温度)也可以为1550℃以上且1700℃以下、1600℃以上且1680℃以下、或1600℃以上且低于1630℃。如上所述，为了使氮气热扩散至蓝宝石基板内，优选氮化处理温度至少为1550℃以上。在未使用添加元素M的情况下，在1630℃以上的氮化处理温度下，随着蓝宝石的氮化的进展，在基板中生成氮氧化铝。另一方面，在使用添加元素M的情况下，在1630℃以下的氮化处理温度下，能够在基板中不生成氮氧化铝的情况下使蓝宝石氮化。在氮化处理温度低于1700℃、更优选为1630℃以下的情况下，能够抑制基板中的氮氧化铝的生成。在氮化处理温度为低于1630℃或1600℃以下的情况下，通过使用添加元素M，能够在基板的表面生成氮化铝。在氮化处理温度为1600℃以上且低于1630℃的情况下，容易提高包含结晶质的氮化铝的第一层L1的表面的平滑性。

也可以根据氮化处理的温度、时间、添加元素M的使用量、及氮气的分压或供给量，控制第一层L1及中间层Lm各自的厚度及组成。在氮气中加热的蓝宝石基板的温度越高，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1及中间层Lm各自的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少。在氮气中加热蓝宝石基板的时间越长，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1及中间层Lm各自的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少。附着于蓝宝石基板的表面进行扩散的添加元素M越多，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1及中间层Lm各自的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少。氮气的分压或供给量越大，越促进氮在蓝宝石基板中的扩散、及蓝宝石的氮化，其结果，第一层L1及中间层Lm各自的厚度容易增加，第二层L2的厚度容易减少，

至少实施两次氮化处理工序。例如，可以是：将附着有添加元素M的蓝宝石基板以上述的氮化处理温度加热短时间后，将蓝宝石基板以上述的氮化处理温度加热更长时间。通过第一次加热，添加元素M容易均匀地扩散至蓝宝石基板的整体表面。换言之，通过第一次加热，添加元素M容易均匀地扩散至蓝宝石基板的表层。接着，通过第二次的长时间的加热，氮容易从蓝宝石基板的表面向内部均匀地扩散。其结果，容易提高第一层L1的表面的平滑性。在不将氮化处理分成两次的步骤而长时间加热蓝宝石基板的情况下，容易损害第一层L1的表面的平滑性。难以仅通过一次的氮化处理来制造第二实施方式的基板10。

在氮气中的蓝宝石基板的氮化处理也可以在碳粉末的存在下实施。通过添加元素M从蓝宝石基板提取的氧与气氛中的碳发生反应而生成一氧化碳。

通过以上的制造方法，制造第二实施方式的基板10。

(发光元件)

第二实施方式的发光元件具备上述的基板10。通过发光元件具备基板10，抑制发光元件的破裂。例如，第二实施方式的发光元件也可以是发光二极管。发光二极管也可以是UVC LED或DUV LED等的深紫外线发光二极管。以下，作为具备基板10的发光元件的一例，说明图11所示的发光二极管100。但是，第二实施方式的发光二极管100的结构不限定于图11所示的层叠结构。

如图11所示，第二实施方式的发光二极管100具备：基板10、直接重叠于第一层L1(基板10的单面)的n型半导体层40、重叠于n型半导体层40的发光层42、重叠于发光层42的p型半导体层44、设置于n型半导体层40的表面的一部分的第一电极48、设置于p型半导体层44的表面的一部分的第二电极46。障壁层(电子块层)也可以介设于发光层42与p型半导体层44之间。

n型半导体层40也可以经由缓冲层39与第一层L1间接地重叠。例如，缓冲层39也可以仅由第ⅢA族元素的氮化物的单晶构成。例如，缓冲层39也可以是Al及Ga中至少任一方的氮化物的单晶。通过缓冲层39配置于n型半导体层40与第一层L1之间，容易抑制层叠于基板10的各半导体层的晶体缺陷。在缓冲层39充分薄的情况下，容易降低波长的标准偏差σ。缓冲层39不是必须的，n型半导体层40也可以直接重叠于第一层L1。

n型半导体层40例如也可以包含n型的氮化镓(n－GaN)或n型的氮化铝镓(n－AlGaN)。n型半导体层40也可以还包含硅(Si)。n型半导体层40也可以由多个层构成。发光层42例如也可以包含氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)或氮化铟镓(InGaN)。发光层42也可以由多个层构成。p型半导体层44例如也可以包含p型的氮化镓(p－GaN)或p型的氮化铝镓(p－AlGaN)。p型半导体层44也可以还包含镁(Mg)。p型半导体层44也可以由多个层构成。例如，p型半导体层44也可以具有：重叠于发光层42的p型包覆层、重叠于p型包覆层的p型接触层。设置于n型半导体层40的第一电极48例如也可以包含铟(In)。设置于p型半导体层44的第二电极46例如也可以包含镍(Ni)及金(Au)中至少任一方。

从发光层42发出的光经由n型半导体层40及基板10向全方位照射。如上所述，基板10包含中间层Lm，因此，从发光层42发出的光难以被基板10反射。因此，与具备仅由蓝宝石构成的基板的现有的发光二极管相比，从发光层42发出的光容易透射基板10，光的取出效率提高。

以上，对第二本发明的一实施方式进行了说明，但第二本发明丝毫不限定于上述实施方式。

例如，第二实施方式的基板10的用途不限定于发光二极管。第二实施方式的发光元件也可以是半导体激光振荡器。即，第一实施方式的基板10也可以是具备紫外线激光器等的半导体激光振荡器的基板。第二实施方式的基板10也可以用于功率晶体管。第二实施方式的基板10也可以用于功率晶体管。

实施例

[第一本发明的实施例]

以下，通过实施例及比较例更详细地说明第一本发明，但第一本发明丝毫不限定于这些例子。

＜基板的制作＞

(实施例1)

通过旋涂法，将MOD用溶液涂布于蓝宝石基板的c面整体。MOD用溶液含有Ca的化合物(有机化合物)。Ca为添加元素M。蓝宝石基板的c面是(001)面。蓝宝石基板的直径为2英寸。蓝宝石基板的厚度为430μm。MOD用溶液中的Ca的化合物的浓度为0.02质量％。旋涂法以2000rpm实施20秒钟。使涂布有MOD用溶液的蓝宝石基板在150℃的加热板上干燥10分钟后，在空气中以600℃加热2小时。将上述的工序记载为MOD工序。

将MOD工序后的基板载置于100mm见方的氧化铝板上，在基板周围的4个部位分别配置5mg的碳的粉末(计20mg的碳)。氧化铝板的尺寸为纵100mm×横100mm。接着，将基板的整体利用氧化铝匣钵(Saggar)覆盖后，将基板设置于氮化处理炉内的试样设置台上。氧化铝匣钵的尺寸为纵75mm×横75mm×高度70mm。作为氮化处理炉，使用了以碳为加热器的电阻加热型的电炉。在氮化处理炉内加热基板之前，使用旋转泵和扩散泵将炉内脱气至0.03Pa。接着，将氮气向炉内流通直到炉内的气压成为100kPa(大气压)后，停止氮气的供给。接着，在第一次氮化处理中，将炉内的基板以1600℃加热1小时。氮化处理时的炉内的升降温速度调整成600℃/小时。氮化处理后，将基板冷却至室温后，将基板取出至炉外。

将第一次氮化处理后的基板载置于氧化铝板上。氧化铝板的尺寸为纵100mm×横100mm。在基板周围的4个部位分别配置20mg的碳的粉末(计80mg的碳)。接着，将基板的整体利用上述的氧化铝匣钵(Saggar)覆盖后，将基板设置于上述的氮化处理炉内的试样设置台上。使用旋转泵和扩散泵将炉内脱气至0.03Pa。接着，向炉内流通氮气直到炉内的气压成为100kPa(大气压)后，停止氮气的供给。接着，在第二次氮化处理中，将炉内的基板以1600℃加热13小时。第二次氮化处理时的炉内的升降温速度调整成600℃/小时。第二次氮化处理后，将基板冷却至室温之后，将基板取出至炉外。以下，将第二次氮化处理的继续时间记载为第二氮化时间。

通过以上的顺序制作实施例1的基板。为了下述的分析及测定，作为实施例1的基板，制作了多个相同的基板。

(实施例2～6)

在实施例2～6各自的基板的制作中，将第二氮化时间调整成下述表1所示的值。实施例6的MOD用溶液作为添加元素M的化合物，包含Eu的化合物来代替Ca的化合物。除了这些事项之外，通过与实施例1同样的方法制作了实施例2～6各自的基板。

(比较例1)

在比较例1的基板的制作中，作为原料使用了添加元素M。在比较例1的基板的制作中，通过MOCVD法，在蓝宝石基板的c面整体上形成由氮化铝构成的薄膜。比较例1的基板的制作中使用的蓝宝石基板与实施例1的基板的制作中使用的蓝宝石基板相同。在比较例1的基板的制作中，未使用添加元素M作为原料，因此，比较例1的基板不包含添加元素M。

(比较例2)

在比较例2的基板的制作中，未使用包含添加元素M的MOD用溶液。即，比较例2的基板的制作中，未实施MOD工序。比较例2的第一次氮化处理工序的继续时间为10小时。比较例2的基板的制作中，没有实施第二次氮化处理工序。除了这些事项之外，通过与实施例1同样的方法，制作了比较例2的基板。在比较例2的基板的制作中没有实施MOD工序，因此，比较例2的基板不包含添加元素M。

＜基板的分析＞

以下的X射线衍射(XRD)法中，作为入射X射线使用了Cu的特性X射线(CuKα射线)。以下所记载的基板的表面是氮化处理中不与氧化铝板相接而露出于氮气中的基板的表面。即，以下所记载的基板的表面是指被氮化的表面。

测定实施例1的基板的表面的XRD图案。实施例1的XRD图案具有源自AlN的(002)面的衍射线的峰值。另外，通过XRD法测定AlN的(112)面的极图。极图具有表示六次的旋转对称性的六个峰值。另一方面，XRD图案不具有源自AlN及蓝宝石以外的晶相的衍射线峰值。例如，XRD图案不具有源自氮氧化铝(AlON)的晶相的峰值。这些测定结果显示实施例1的基板的表面包含AlN的单晶。

通过实施例1的基板的表面的ω扫描，测定实施例1的RC(002)。实施例1的RC(002)示于图6中。RC(002)的半值宽度记载为HW(002)。实施例1的HW(002)示于下述表1中。

通过实施例1的基板的表面的φ扫描，测定实施例1的RC(100)。实施例1的RC(100)示于图7中。RC(100)的半值宽度记载为HW(100)。实施例1的HW(100)示于下述表1中。

以上的分析结果显示AlN的单晶层形成于蓝宝石基板的表面。即，实施例1的基板具备：第一层、和与第一层重叠的第二层。第一层为AlN的单晶，第二层为α-氧化铝的单晶。AlN的单晶层的(002)面沿着蓝宝石基板的c轴进行取向。换言之，构成第一层的AlN的单晶的(002)面与第一层的表面大致平行。

通过溅射逐渐挖开实施例1的基板的表面，同时沿着距第一层的表面的深度方向，分析基板的组成。深度方向是指与第一层的表面垂直的方向。组成的分析中使用了ESCA(化学分析用电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis))及SIMS(二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry))。分析的结果显示第一层包含Ca(添加元素M)。上述的含有添加元素的区域偏在于第一层的表面附近，另外，含有添加元素的区域也可以偏在于第一层和第二层的界面附近。

通过椭偏仪(ellipsometer)测定实施例1的第一层的厚度T。实施例1的第一层的厚度T示于下述表1中。

通过与实施例1的情况同样的方法，分别分析了实施例2～6、比较例1及比较例2各自的基板。

在实施例2～6、比较例1及比较例2的任一基板的情况下，均具备：第一层、和与第一层重叠的第二层，第一层为AlN的单晶，第二层为α-氧化铝的单晶。在实施例2～6、比较例1及比较例2的任一情况下，AlN的单晶的(002)面均沿着蓝宝石基板的c轴进行取向。

实施例2～6的第一层均包含添加元素M。在实施例2～6的任一情况下，含有添加元素的区域均偏在于第一层的表面附近。另外，在实施例2～6的任一情况下，含有添加元素的区域均偏在于第一层与第二层的界面附近。

实施例2～6的XRD图案均不具有源自AlN及蓝宝石以外的晶相的衍射线峰值。例如，实施例2～6的XRD图案均不具有源自氮氧化铝(AlON)的晶相的峰值。

实施例2～6、比较例1及比较例2各自的HW(002)示于下述表1中。实施例2～6、比较例1及比较例2各自的HW(100)示于下述表1中。实施例2～6、比较例1及比较例2各自的第一层的厚度T示于下述表1中。

通过金属显微镜分析实施例1的第一层的表面。通过使用了原子力显微镜(AFM)的分析，测定实施例1的第一层的表面的均方根表面粗糙度(RMS)。通过与实施例1同样的方法，分析了实施例2～6、比较例1及比较例2各自的第一层的表面。在实施例1～6的任一情况下，通过金属显微镜观察的第一层的表面整体平滑。实施例1～6各自的第一层的表面的RMS在0.2nm以上且0.6nm以下的范围内。另一方面，比较例1的第一层的表面整体平坦，比较例1的第一层的表面的RMS为0.2nm。在比较例2的第一层的表面的表面整体存在凹凸。比较例2的第一层的表面的RMS为6.0nm。

＜发光元件的制作及分析＞

通过使用了实施例1的基板的下述的方法，制作了实施例1的深紫外线发光二极管(发光元件)。以下所记载的各层均通过MOCVD法形成。

在基板的表面(第一层的表面)形成n型缓冲层(n型半导体层)。n型缓冲层的厚度为2μm。n型缓冲层由掺杂了Si的Al_0.55Ga_0.45N构成。

通过将第一障壁层、第一阱层、第二障壁层、第二阱层、第三障壁层、第三阱层及第四障壁层依次层叠于n型缓冲层的表面，而形成发光层。即，发光层具有由四个障壁层和三个阱层构成的多量子阱结构。各障壁层的厚度为6.0nm。各障壁层由Al_0.55Ga_0.45N构成。各阱层的厚度为1.5nm。各阱层由Al_0.4Ga_0.6N构成。

将p型包覆层层叠于发光层的表面，将p型接触层层叠于p型包覆层的表面。p型包覆层的厚度为20nm。p型包覆层由掺杂了Mg的Al_0.55Ga_0.45N构成。p型接触层的厚度为60nm。p型接触层由掺杂了Mg的GaN构成。

通过将通过上述的方法制作的层叠体切断而分割成多个芯片，制作了实施例1的发光二极管(LED芯片)。

通过与实施例1同样的方法，使用实施例2～6、比较例1及比较例2各自的基板，制作了实施例2～6、比较例1及比较例2各自的发光二极管。

通过光致发光(Photoluminescence)法，算出从实施例1的发光二极管释放的光的波长的标准偏差σ。光致发光法中，通过向发光二极管照射光，而激发发光二极管中的电子。随着激发的电子返回基态，从发光二极管释放光。测定从发光二极管释放的光的波长。根据测定到的光的波长的分布，计算光的波长的标准偏差σ。向发光二极管照射的光的波长为192nm。从发光层释放的光的波长的平均值为280nm。光致发光法在常温下进行。将实施例1的光的波长的标准偏差σ示于下述表1中。

通过与实施例1同样的方法，算出实施例2～6及比较例1各自的标准偏差σ。将实施例2～6及比较例1各自的标准偏差σ示于下述表1中。使用了比较例2的发光二极管的光致发光法中，没有从发光二极管释放光。

将Ni/Au电极形成于实施例1的发光二极管的n型缓冲层及p型接触层各自的表面。在除电极及第二层之外的发光二极管的表面覆盖保护膜。保护膜由SiO₂构成。在经过了这些加工的实施例1的发光二极管的电极间流通电流。通过照度计评价伴随电流的发光二极管的发光的有无。

通过与实施例1同样的方法，评价实施例2～6、比较例1及比较例2各自的发光二极管的发光的有无。

实施例1～6及比较例1各自的发光二极管进行发光。比较例2的发光二极管未发光。

[表1]

[第二本发明的实施例]

以下，通过实施例及比较例更详细地说明第二本发明，但第二本发明丝毫不限定于这些例子。

(实施例11)

通过旋涂法，将MOD用溶液涂布于蓝宝石基板的c面整体。MOD用溶液含有Ca的化合物(有机化合物)。Ca为添加元素M。蓝宝石基板的c面为(001)面。蓝宝石基板的直径为2英寸。蓝宝石基板的厚度为430μm。MOD用溶液中的Ca的化合物的浓度示于下述表2中。旋涂法以2000rpm实施20秒钟。使涂布有MOD用溶液的蓝宝石基板在150℃的加热板上干燥10分钟后，在空气中以600℃加热2小时。将上述的工序记载为MOD工序。

将MOD工序后的基板载置于100mm见方的氧化铝板上，在基板周围的4个部位分别配置5mg的碳的粉末(计20mg的碳)。氧化铝板的尺寸为纵100mm×横100mm。接着，将基板的整体利用氧化铝匣钵(Saggar)覆盖后，将基板设置于氮化处理炉内的试样设置台。氧化铝匣钵的尺寸为纵75mm×横75mm×高度70mm。作为氮化处理炉，使用了以碳为加热器的电阻加热型的电炉。在氮化处理炉内加热基板之前，使用旋转泵和扩散泵将炉内脱气至0.03Pa。接着，向炉内流通氮气直到炉内的气压成为100kPa(大气压)后，停止氮气的供给。接着，在第一次氮化处理中，将炉内的基板以1600℃加热2小时。氮化处理时的炉内的升降温速度调整成600℃/小时。氮化处理后，将基板冷却至室温之后，将基板取出至炉外。

将第一次氮化处理后的基板载置于氧化铝板上。氧化铝板的尺寸为纵100mm×横100mm。在基板周围的4个部位分别配置20mg的碳的粉末(计80mg的碳)。接着，将基板的整体利用上述的氧化铝匣钵(Saggar)覆盖后，将基板设置于上述的氮化处理炉内的试样设置台。使用旋转泵和扩散泵将炉内脱气至0.03Pa。接着，向炉内流通氮气直到炉内的气压成为100kPa(大气压)后，停止氮气的供给。接着，在第二次氮化处理中，将炉内的基板以1600℃加热12小时。第二次氮化处理时的炉内的升降温速度调整成600℃/小时。第二次氮化处理后，将基板冷却至室温之后，将基板取出至炉外。

通过以上的顺序制作了实施例11的基板。

(实施例12～17)

实施例12～17各自的基板的制作中，MOD用溶液中的Ca的化合物的浓度调整成下述表2所示的值。除了MOD用溶液之外，通过与实施例11同样的方法，制作了实施例12～17各自的基板。

(实施例18)

实施例18的基板的制作中，使用包含Eu的化合物来代替Ca的化合物的MOD用溶液。Eu为添加元素M。MOD用溶液中的Eu的化合物的浓度调整成下述表2所示的值。除了MOD用溶液之外，通过与实施例11同样的方法，制作了实施例18的基板。

(比较例11)

使用直流磁控溅射法，将氮化铝的薄膜成膜于蓝宝石基板的c面整体。蓝宝石基板的直径φ为2英寸。氮化铝的薄膜的厚度为1000nm。作为溅射靶材，使用了金属铝。作为原料气体，使用了氮气与氩的混合气体。(N₂的体积：Ar的体积)为3：1。溅射的功率为700W。成膜時的蓝宝石基板的温度为650℃，成膜时间为30分钟。

上述的溅射后，将基板载置于100mm见方的氧化铝板上，在基板的周围4个部位分别配置5mg的碳的粉末(计20mg的碳)。接着，将基板的整体利用上述的氧化铝匣钵(Saggar)覆盖后，将基板设置于上述的氮化处理炉内的试样设置台。在氮化处理炉内加热基板之前，使用旋转泵和扩散泵将炉内脱气至0.03Pa。接着，向炉内流通氮气直到炉内的气压成为100kPa(大气压)后，停止氮气的供给。接着，在第一次氮化处理中，将炉内的基板以1600℃加热4小时。氮化处理时的炉内的升降温速度调整成600℃/小时。氮化处理后，将基板冷却至室温之后，将基板取出至炉外。在比较例11的情况下，不实施第二次氮化处理。

通过以上的顺序制作了比较例11的基板。

(参考例11)

在参考例11的制作中，将MOD用溶液中的Ca的化合物的浓度调整成下述表2所示的值。除了MOD用溶液之外，通过与实施例11同样的方法，制作了参考例11的基板。

＜基板的分析＞

以下所记载的基板的表面是在氮化处理中不与氧化铝板相接而露出于氮气中的基板的表面。即，以下所记载的基板的表面是指基板的被氮化的表面。

[X射线衍射图案的测定]

以下的X射线衍射(XRD)法中，作为入射X射线，使用了Cu的特性X射线(CuKα射线)。

测定实施例11的基板的表面的XRD图案。实施例11的XRD图案具有源自AlN的(002)面的衍射线的峰值。另外，通过XRD法测定AlN的(112)面的极图。极图具有表示六次的旋转对称性的六个峰值。另一方面，XRD图案不具有源自AlN及蓝宝石以外的晶相的衍射线峰值。例如，XRD图案不具有源自氮氧化铝的晶相的峰值。这些测定结果显示实施例11的基板的表面包含AlN的单晶。

上述的实施例11的分析结果显示蓝宝石基板的被氮化的表面为AlN的单晶层。AlN的单晶层沿着蓝宝石基板的c轴进行取向。

通过与实施例11的情况同样的方法，分别分析了实施例12～18、比较例11及参考例11各自的基板。在实施例12～18、比较例11及参考例11的任一情况下，蓝宝石基板的被氮化的表面为AlN的单晶层，AlN的单晶层沿着蓝宝石基板的c轴进行取向。在实施例12～18、比较例11及参考例11的任一情况下，XRD图案均不具有源自AlN及蓝宝石以外的晶相的衍射线峰值。

[基板的内部的组成及结构的分析]

切开实施例11的基板，通过扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)观察基板的断裂面。在断裂面内未发现氮化铝的单晶层(第一层)与未氮化的蓝宝石层(第二层)之间的界面(明确的边界)。

通过与实施例11同样的方法，通过SEM及TEM观察实施例12～18及比较例11各自的基板。在实施例12～18的任一情况下，在断裂面内均未发现氮化铝的单晶层(第一层)与未氮化的蓝宝石层(第二层)之间的界面(明确的边界)。另一方面，在比较例11的情况下，存在氮化铝的单晶层(第一层)与未氮化的蓝宝石层(第二层)之间的界面(明确的边界)。

通过溅射逐渐挖开实施例11的基板的表面，同时沿着距基板表面的深度方向分析基板的组成。深度方向是指图9及图10所示的Z轴方向(与基板10的表面垂直的方向)。沿着深度方向的分析是指对挖出的基板的截面(与深度方向垂直的基板的截面)的组成的分析。在组成的分析中使用了ESCA(化学分析用电子光谱法(Electron SpectroscopyforChemical Analysis))及SIMS(二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry))。通过ESCA测定基板中的铝、氮及氧各自的含量。通过SIMS测定基板中的添加元素M的含量。

分析的结果确认到，实施例11的基板具备：由氮化铝的单晶构成的第一层、由结晶质的α-氧化铝构成的第二层、被第一层和第二层夹持的中间层。确认到：中间层由铝、氮、氧及Ca(添加元素M)构成。沿着深度方向的分析中，在检测第一层后，检测到中间层，在检测中间层后，检测到第二层。确认到：中间层Lm中的[N]/([O]+[N])沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(深度方向)减少。另外，还确认到：中间层Lm中的[O]/([O]+[N])沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(深度方向)增加。将[N]/([O]+[N])为0.9的深度表示为D1。将[N]/([O]+[N])为0.1的深度表示为D2。将中间层Lm的厚度定义为D2－D1。将实施例11的中间层的厚度(D2－D1)示于下述表2中。关于中间层中的添加元素M的浓度的最大值，通过上述的方法进行测定。将实施例11的中间层中的添加元素M的浓度的最大值示于下述表2中。

通过与实施例11同样的方法，使用ESCA及SIMS分析了实施例12～18及比较例11各自的基板。

分析的结果：实施例12～18各自的基板与实施例11一样，具备：由氮化铝的单晶构成的第一层、由结晶质的α-氧化铝构成的第二层、被第一层和第二层夹持的中间层。实施例12～18各自的中间层与实施例11一样，由铝、氮、氧及添加元素M构成。在实施例12～18的任一情况下，均与实施例11一样，在沿着深度方向的分析中，在检测第一层后，检测到中间层，在检测中间层后，检测到第二层。在实施例12～18的任一情况下，均与实施例11一样，中间层Lm中的[N]/([O]+[N])沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(深度方向)减少。另外，在实施例12～18的任一情况下，均与实施例11一样，中间层Lm中的[O]/([O]+[N])沿着从第一层L1朝向第二层L2的方向(深度方向)增加。将实施例12～18各自的中间层的厚度示于下述表2中。将实施例12～18各自的中间层中的添加元素M的浓度的最大值示于下述表2中。

另一方面，比较例11的基板具备：由氮化铝的单晶构成的第一层、由结晶质的α-氧化铝构成的第二层，并且，在第一层与第二层之间不存在其它的层。即，第一层与第二层直接重叠。

如后述，参考例11的基板的表面整体非常粗糙。没有进行沿着深度方向的参考例11的基板的分析。

[基板的表面的观察]

实施例11～18各自的基板为无色透明。另一方面，比较例11的基板的表面整体为白色。通过目视观察各基板的表面来调查实施例11～18、比较例11及参考例11的各个例子的基板的破裂的有无。将其结果示于下述表2中。表2所记载的“A”是指在基板的表面整体上未形成破裂。表2所记载的“B”是指在基板的表面的一部分中形成有破裂。表2所记载的“C”是指在基板的表面整体上形成有破裂。

将比较例11的基板在与基板的表面垂直的方向上进行切断，通过目视观察该截面。AlN的单晶层(第一层)与蓝宝石层(第二层)的界面(边界线)横穿截面。在界面附近形成有破裂。

通过金属显微镜观察实施例11～18、比较例11及参考例11各自的基板的表面。即，通过金属显微镜观察实施例11～18、比较例11及参考例11各自的AlN的单晶层的表面。将通过金属显微镜观察的各基板的表面的形状示于下述表2中。表2所记载的“A’”是指基板的表面整体平滑。表2所记载的“B’”是指基板的表面的一部分为凹凸状。即，“B’”是指基板的表面的一部分粗糙，其以外的部分平滑。表2所记载的“C’”是指基板的表面的整体为凹凸状。即，“C’”是指基板的表面整体上粗糙。实施例14的基板的表面的中心部分平滑，但实施例14的基板的表面的外周附近粗糙。

通过利用原子力显微镜(AFM)分析实施例11的基板的表面，从而测定实施例11的基板的表面的均方根表面粗糙度(RMS)。通过与实施例11同样的方法，分析实施例12～18、及比较例11及参考例11各自的第一层的表面。

在实施例11～13、15～18及比较例11各自的基板的表面整体中，RMS在0.2nm以上且0.5nm以下的范围内。实施例14的基板的表面中，平滑的部分的RMS在0.2nm以上且0.5nm以下的范围内。实施例14的基板的表面中，粗糙的部分的RMS在10nm以上且30nm以下的范围内。在参考例11的基板的表面整体中，RMS在10nm以上且30nm以下的范围内。参考例11的基板的表面整体过于粗糙，因此，参考例11的基板完全不适于半导体层的形成。

[表2]

[产业上的可利用性]

第一本发明的基板例如用于深紫外线发光二极管的基板。第二本发明的基板例如用于深紫外线发光二极管的基板。

[符号说明]

(图1～8中的符号)

10…基板，39…缓冲层，40…n型半导体层，42…发光层，44…p型半导体层，46…第二电极，48…第一电极，100…发光二极管，L1…第一层，L2…第二层，S_L1…第一层L1的表面，uc…氮化铝的结晶结构的晶胞，d1…入射X射线的方向，d2…检测器的方向，XR…X射线源，D…衍射X射线的检测器。

(图9～12中的符号)

10…基板，39…缓冲层，40…n型半导体层，42…发光层，44…p型半导体层，46…第二电极，48…第一电极，100…发光二极管，L1…第一层，L2…第二层，Lm…中间层，m…含有添加元素的区域，p1…第一面，p2…第二面。