WO2023276833A1 - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

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WO2023276833A1
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dielectric film
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dielectric
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真治 吉田
英夫 北川
貴大 岡口
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ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社
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    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Definitions

  • the present disclosure relates to nitride semiconductor light emitting devices.
  • a facet (resonator facet) of a nitride semiconductor that emits light such as laser light has been provided with a cavity facet in order to cause light to resonate inside or outside the nitride semiconductor and to appropriately emit light from the nitride semiconductor light emitting device.
  • a film is formed (see Patent Documents 1 to 4, for example).
  • a nitride semiconductor light-emitting device comprising a nitride semiconductor and a film formed on an end surface of the nitride semiconductor be improved.
  • the present disclosure provides a nitride semiconductor light emitting device with improved reliability.
  • a nitride semiconductor light-emitting device includes a nitride semiconductor having two cavity planes facing each other, and a first cavity plane stacked on at least one of the two cavity planes. and a second dielectric film laminated on the first dielectric film, wherein the first dielectric film is made of aluminum oxynitride , the second dielectric film is made of aluminum oxide, the first dielectric film is a crystalline film, and at least one element of yttrium and lanthanum is added to the first dielectric film At least one element of yttrium and lanthanum is added to the second dielectric film.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the nitride semiconductor according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a table showing the configuration of the nitride semiconductor according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a table showing the configuration of the dielectric multilayer film according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance on the cavity surface on the light emitting side of the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 7 is a table showing the configuration of the dielectric multilayer film according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance on the cavity surface on the light reflecting side of the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a graph showing optical properties of AlON.
  • FIG. 10 is a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing the optical properties of YAlON at 405 nm.
  • FIG. 12 is a graph showing optical properties of YAl 2 O 3 at 405 nm.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a light emitting device according to an embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing a first example of a reflection spectrum of the dielectric multilayer film according to the embodiment;
  • FIG. 15 is a graph showing a second example of the reflection spectrum of the dielectric multilayer film according to the embodiment.
  • FIG. 16 is a graph showing a third example of the reflection spectrum of the dielectric multilayer film according to the embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing another example of the configuration of the light emitting device according to the embodiment.
  • FIG. 18 is a TEM image of a nitride semiconductor light-emitting device according to Modification 1 of the embodiment.
  • 19 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 1.
  • FIG. 20 is a TEM image of a nitride semiconductor light-emitting device according to Modification 2 of the embodiment.
  • FIG. 21 is a TEM image of a nitride semiconductor light-emitting device according to Modification 3 of the embodiment.
  • 22 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 2.
  • FIG. 23 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 2.
  • FIG. 24 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 3.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light-emitting device according to Comparative Example 3.
  • FIG. 26 is a TEM image of a nitride semiconductor light-emitting device according to Comparative Example 3.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 4.
  • FIG. 28 is a TEM image of a nitride semiconductor light-emitting device according to Comparative Example 4.
  • FIG. 29 is a diagram showing the reflectance of a dielectric multilayer film with respect to the state of the dielectric film.
  • the film (dielectric film) provided on the end face of the nitride semiconductor must be able to withstand high-output light, withstand light in the ultraviolet region, and It is required that optical characteristics such as transmittance, reflectance and refractive index are not easily changed with respect to light, such as being able to maintain low reflectance.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device 10A according to Comparative Example 3.
  • FIG. 25 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device 10A according to Comparative Example 3.
  • the nitride semiconductor light emitting device 10A includes, for example, a nitride semiconductor 100 and a dielectric multilayer film 200A provided on the end surface of the nitride semiconductor 100 from which light is emitted.
  • the dielectric multilayer film 200A includes a dielectric film 206 made of SiN or SiON, a dielectric film 201A made of AlON, and Al 2 O in order from the resonator face 160 side, which is the end face of the nitride semiconductor 100 on the light emitting side. 3 , a dielectric film 203A made of AlON, a dielectric film 204A made of Al2O3 , and a dielectric film 205 made of SiO2 .
  • the thicknesses of the dielectric films 206, 201A to 204A, and 205 are respectively 3 nm for the dielectric film 206, 20 nm for the dielectric film 201A, 13 nm for the dielectric film 202A, and 13 nm for the dielectric film 203A. 11 nm, the dielectric film 204A is 160 nm, and the dielectric film 205 is 57 nm. Dielectric films 202A, 204A, and 205 are each amorphous (at the time of film formation), and dielectric films 201A and 203A are dielectric films each including at least a crystalline region.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device 10A according to Comparative Example 3.
  • FIG. FIG. 26 is, for example, a TEM image after driving the nitride semiconductor light emitting device 10A, which emits light with a peak wavelength of 405 nm, at CW (Continuous Wave), 1.4 W (@25° C.) for 300 hours.
  • the ridge width of the nitride semiconductor 100 is 7 ⁇ m.
  • the amorphous dielectric film 204A is partially crystallized.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device 1000 according to Comparative Example 4.
  • FIG. 27 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device 1000 according to Comparative Example 4.
  • a nitride semiconductor light emitting device 1000 includes, for example, a nitride semiconductor 100 having a light emitting layer 120 that emits light, and a dielectric multilayer film 2000 provided on a cavity surface 160 of the nitride semiconductor 100.
  • the dielectric multilayer film 2000 includes, in order from the resonator plane 160 side of the nitride semiconductor 100, a dielectric film 2001 made of AlON, a dielectric film 2002 made of AlN, a dielectric film 2003 made of Al2O3 , It has a dielectric film 2004 made of AlN, a dielectric film 2005 made of SiO2 , a dielectric film 2006 made of Al2O3 , and a dielectric film 2007 made of SiO2 .
  • the film thicknesses of the dielectric films 2001 to 2004 are 3 nm for the dielectric film 2001, 18 nm for the dielectric film 2002, 13 nm for the dielectric film 2003, and 11 nm for the dielectric film 2004, respectively.
  • Dielectric films 2003 and 2005 to 2007 are respectively amorphous (at the time of film formation), and dielectric films 2001, 2002 and 2004 are dielectric films each including at least a crystalline region.
  • FIG. 28 is a diagram showing a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device 1000 according to Comparative Example 4.
  • FIG. FIG. 28 shows, for example, the nitride semiconductor light emitting device 1000 that emits light with a peak wavelength of 405 nm after being driven for 8500 hours with a pulse width of 200 ns (duty ratio of 50%) and 1.2 W (@50° C.). It is a TEM image.
  • the amorphous dielectric film 2006 is partially crystallized, and peeling (gap) that was not originally seen occurs between the dielectric films 2005 and 2006. .
  • the dielectric multilayer film 2000 provided on the resonator plane 160 of the nitride semiconductor 100 is amorphous, the dielectric films react with each other or crystallize, thereby changing the volume of the dielectric films. Therefore, peeling (film peeling) may occur between the dielectric films or between the nitride semiconductor and the dielectric film.
  • FIG. 29 is a diagram showing the reflectance of the dielectric multilayer film 2000 with respect to the states of the dielectric films 2003 and 2006.
  • the “third layer” shown in FIG. 29 is the third layer counting the dielectric films of the dielectric multilayer film 2000 from the resonator plane 160 side of the nitride semiconductor 100, that is, the dielectric film 2003 (Al 2 O 3 film).
  • 29 is the sixth layer counting the dielectric films of the dielectric multilayer film 2000 from the resonator plane 160 side of the nitride semiconductor 100, that is, the dielectric film 2006 (Al 2 O 3 film).
  • n shown in FIG. 29 indicates the refractive index of the dielectric films 2003 and 2006 .
  • the amorphous dielectric films 2003 and 2006 have a refractive index of 1.65, and the crystallized dielectric films 2003 and 2006 have a refractive index of 1.76.
  • 50% crystallization means that one half of the dielectric film 2006 (for example, the portion located on the cavity plane 160 side) is amorphous, and the other half (eg, the portion located on the side opposite to the cavity plane 160 side). This indicates that the part where the dielectric film 2006 (for example, the portion located on the cavity plane 160 side) is amorphous, and the other half (eg, the portion located on the side opposite to the cavity plane 160 side). This indicates that the part where the
  • the reflectance of the dielectric multilayer film 2000 differs depending on whether the dielectric films 2003 and 2006 are amorphous or crystallized.
  • the rate of change in reflectance at 450 nm is 1 ⁇ 5 at maximum (reflectance difference of 3% for a reflectance of about 15%), but increases with shorter wavelengths.
  • the rate of change in reflectance at 405 nm is up to 1 ⁇ 3 (2% difference in reflectance versus about 6% reflectance).
  • the dielectric multilayer film is required to have optical properties that are difficult to change (that is, stabilized). In other words, in the nitride semiconductor light emitting device, it is desired that the reliability is improved more than the conventional one.
  • the dielectric film which is amorphous, is a single layer, which makes it difficult to control the reflectance.
  • Patent Document 2 there is a problem that the refractive index of the dielectric film changes due to oxidation of the dielectric film, which is a crystal, with the passage of driving time.
  • the refractive index of the dielectric film changes due to oxidation of the dielectric film, which is a crystal, with the passage of driving time.
  • the adhesion between the cavity surface of the nitride semiconductor and the dielectric film decreases (for example, film peeling is likely to occur). There's a problem.
  • a dielectric film made of YAlN crystal is used, and by adding Y, which has a large bonding energy with oxygen, oxygen barrier properties (characteristics of trapping oxygen) are improved compared to AlN. improves. Therefore, the dielectric film made of YAlN has a problem that the refractive index of the dielectric film changes due to oxidation over time.
  • the present application provides a nitride semiconductor light emitting device with improved reliability.
  • each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, the scales and the like are not always the same in each drawing.
  • symbol is attached
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but in the stacked structure of the nitride semiconductor. It is used as a term defined by a relative positional relationship based on the stacking order. Also, the terms “above” and “below” are used not only when two components are spaced apart from each other and there is another component between the two components, but also when two components are spaced apart from each other. It also applies when they are arranged in contact with each other.
  • the X-axis, Y-axis and Z-axis indicate three axes of a three-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the Z-axis direction is the vertical direction
  • the direction perpendicular to the Z-axis is the horizontal direction.
  • the positive direction of the Z-axis is defined as vertically upward.
  • laminate means that two layers are arranged in layers, and is used both when the two layers (or films) are in contact and when they are not in contact. .
  • the stacking direction in the nitride semiconductor stacking structure is the Z-axis direction
  • the stacking direction in the dielectric multilayer structure is the X-axis direction
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device 10 according to an embodiment.
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 is a nitride semiconductor light emitting device that emits light (more specifically, laser light).
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 includes a nitride semiconductor 100 that emits light (more specifically, laser light), and a dielectric multilayer film 200 provided in contact with cavity surfaces 160 and 161 of the nitride semiconductor. , 300 and .
  • the resonator face 160 is a so-called front facet that emits light, and a dielectric multilayer film (first dielectric multilayer film) 200 is arranged thereon.
  • the resonator face 161 is a so-called rear facet that reflects light, and a dielectric multilayer film (first dielectric multilayer film) 300 is arranged thereon.
  • the light resonated between the cavity surface 160 and the cavity surface 161 is emitted from the cavity surface 160 .
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 emits laser light by external resonance
  • the laser light is resonated between the cavity surface 161 and an optical system such as a half mirror (for example, a coupler 450 shown in FIG. 13 to be described later).
  • the light is emitted from the cavity surface 160 .
  • the nitride semiconductor 100 is a nitride-based semiconductor having two resonator planes 160 and 161 facing each other.
  • the nitride semiconductor 100 is, for example, a laminate made up of a plurality of semiconductor layers.
  • nitride semiconductor 100 is made of a gallium nitride-based material, which is an example of a nitride material.
  • W class for example, 1 W or more.
  • Nitride semiconductor 100 having optical characteristics for emitting laser light is realized.
  • the wavelength of light emitted from the nitride semiconductor 100 (that is, the oscillation wavelength of the nitride semiconductor 100) may be set arbitrarily, but is, for example, 430 nm or less. More specifically, the nitride semiconductor 100 emits laser light with a peak wavelength of 430 nm or less.
  • the nitride semiconductor 100 has a hexagonal crystal structure. At least one of the cavity planes 160 and 161 is an m-plane among hexagonal crystal planes. In this embodiment, both the cavity planes 160 and 161 are m-planes.
  • the optical characteristics of the nitride semiconductor light emitting device 10 are not limited to those described above.
  • the nitride semiconductor light-emitting device 10 can arbitrarily set the input current to the nitride semiconductor 100, input power, stripe width (ridge width), cavity length, and the like, thereby emitting light in a band wavelength. It may be formed so that it can be output.
  • the nitride semiconductor 100 may be a so-called single emitter having one ridge (emitter), or a so-called multi-emitter having a plurality of (for example, about 60) ridges.
  • FIG. 2 is a diagram showing a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device 10 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of nitride semiconductor 100 according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a table showing the configuration of nitride semiconductor 100 according to the embodiment.
  • the nitride semiconductor 100 includes an N-side electrode 101, a substrate 102, an N-type nitride semiconductor layer 110, a light emitting layer 120, a P-type nitride semiconductor layer 130, and a current blocking layer 141. , a P-side electrode (ohmic electrode) 142 and a pad electrode 143 .
  • the N-side electrode 101 is an electrode arranged on the bottom surface of the substrate 102 .
  • the N-side electrode 101 is, for example, a laminated film in which Ti, Pt and Au are laminated in order from the substrate 102 side.
  • the substrate 102 is a plate-like member that serves as the base material of the nitride semiconductor 100 .
  • the substrate 102 is an n-type GaN single crystal substrate with a thickness of 85 ⁇ m.
  • the N-type nitride semiconductor layer 110 is an N-type semiconductor layer arranged (that is, laminated) on the upper surface of the substrate 102 .
  • the N-type nitride semiconductor layer 110 has an N-cladding layer 111 and an N-guide layer 112 .
  • the N clad layer 111 is a layer laminated on the substrate 102 and made of AlGaN.
  • the N-cladding layer 111 is composed of an N-type AlGaN layer having a film thickness of 3 ⁇ m and a concentration of Si, which is an n-type dopant (impurity), of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the N guide layer 112 is a layer laminated on the N clad layer 111 and made of GaN.
  • the N guide layer 112 is made of N-type GaN with a film thickness of 127 nm and a Si concentration of 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the light emitting layer 120 is a light emitting layer laminated on the N-type nitride semiconductor layer 110 and emitting light.
  • the light-emitting layer 120 has an N-side guide layer 121 , an active layer 122 , a P-side guide layer 123 and an intermediate layer 124 .
  • the N-side guide layer 121 is a layer laminated on the N-guide layer 112 and made of InGaN.
  • the N-side guide layer 121 is made of undoped In 0.008 Ga 0.992 N.
  • the active layer 122 is a layer laminated on the N-side guide layer 121 and made of InGaN.
  • the active layer 122 is composed of undoped In 0.066 Ga 0.934 N and undoped In 0.008 Ga 0.992 N.
  • the active layer 122 is a quantum well active layer in which well layers and barrier layers are alternately laminated, and has two well layers. With such an active layer 122, the nitride semiconductor light emitting device 10 can emit blue-violet laser light with a center wavelength of about 405 nm.
  • the P-side guide layer 123 is a layer laminated on the active layer 122 and made of InGaN.
  • the P-side guide layer 123 is made of undoped In 0.003 Ga 0.997 N.
  • the intermediate layer 124 is a layer laminated on the P-side guide layer 123 and made of InGaN/GaN.
  • the intermediate layer 124 is configured, for example, such that the composition ratio of In gradually decreases upward from the P-side guide layer 123 side.
  • the P-type nitride semiconductor layer 130 is a P-type semiconductor layer stacked on the light emitting layer 120 .
  • the N-type nitride semiconductor layer 110, the light emitting layer 120, and the P-type nitride semiconductor layer 130 form a waveguide, which is a waveguide of light.
  • a waveguide is a portion through which light is guided inside the nitride semiconductor 100 .
  • the waveguide is composed of, for example, a portion of the N-type nitride semiconductor layer 110, a portion of the light emitting layer 120, and a portion of the P-type nitride semiconductor layer .
  • the P-type nitride semiconductor layer 130 has an electron barrier layer 131 , a P-cladding layer 132 and a contact layer 133 .
  • the electron barrier layer 131 is a layer laminated on the light emitting layer 120 and made of AlGaN.
  • the electron barrier layer 131 is configured, for example, such that the composition ratio of Al gradually increases upward from the light emitting layer 120 side.
  • the electron barrier layer 131 has a composition gradient in which the Al composition varies from 4% to 36%.
  • the P clad layer 132 is a layer laminated on the electron barrier layer 131 and made of AlGaN.
  • the P clad layer 132 is composed of, for example, a first layer laminated on the electron barrier layer 131 and a second layer laminated on the first layer and having an impurity concentration lower than that of the first layer.
  • the P cladding layer 132 includes a first layer made of Al 0.026 Ga 0.974 N with a P-type dopant Mg concentration of 2 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and a first layer made of Al 0.026 Ga 0.974 N with a Mg concentration of 1 ⁇ 10 19 a second layer of Al 0.026 Ga 0.974 N at cm ⁇ 3 .
  • the P clad layer 132 is formed with a striped ridge for confining current and light.
  • a region of the light-emitting layer 120 corresponding to the ridge serves as a light-emitting point, and light is emitted.
  • the contact layer 133 is a P-type semiconductor layer that makes ohmic contact with the P-side electrode 142 .
  • the contact layer 133 is a layer laminated on the P clad layer 132 and made of GaN.
  • the contact layer 133 includes, for example, a first layer stacked on the P cladding layer 132 and a second layer stacked on the first layer and having a higher impurity concentration than the first layer.
  • the contact layer 133 is made of GaN doped with Mg at a concentration of 2 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or more.
  • the current blocking layer 141 is an electrically insulating film such as a SiO 2 film that covers the sidewalls of the ridge portion, the side surfaces of the P-type nitride semiconductor layer 130, the side surfaces of the light emitting layer 120, and the like.
  • the P-side electrode 142 is an ohmic electrode laminated on the contact layer 133 .
  • the P-side electrode 142 is, for example, a laminated film in which Pd (palladium) and Pt (platinum) are laminated in order from the contact layer 133 side.
  • the pad electrode 143 is a pad-shaped electrode that is stacked on the P-side electrode 142 and receives power supplied from the outside.
  • the pad electrode 143 is, for example, a laminated film in which Cr (chromium) or Ti (titanium), Pt and Au (gold) are laminated in this order from the P-side electrode 142 side, and is arranged in the ridge portion and its periphery. . Cr or Ti is provided to improve adhesion between the pad electrode 143 and the P-side electrode 142 .
  • the thickness of the substrate 102 is not limited to 85 ⁇ m, and may be, for example, 50 ⁇ m or more and 120 ⁇ m or less.
  • the material forming the substrate 102 is not limited to GaN single crystal, and may be sapphire, SiC, or the like.
  • the structure of the active layer 122 is not limited to the above, and may be a quantum well active layer in which well layers and barrier layers are alternately laminated, and one well layer and barrier layers above and below it are provided. A single quantum well active layer may also be used.
  • the P clad layer 132 may be a superlattice layer in which a layer made of AlGaN and a layer made of GaN are alternately laminated.
  • Dielectric multilayer films 200 and 300 are protective films arranged on resonator planes 160 and 161 of nitride semiconductor 100, respectively. Specifically, the dielectric multilayer films 200 and 300 are provided to protect the cavity planes 160 and 161 of the nitride semiconductor 100 and to control the reflectance of light on the cavity planes 160 and 161, respectively. be done.
  • At least one of the cavity surfaces 160 and 161 may be provided with a dielectric multilayer film.
  • the dielectric multilayer film 200 is a multilayer film that is arranged in contact with the cavity facet 160, which is the facet (front facet) on the light emitting side of the nitride semiconductor 100, and is provided to reduce the reflectance. .
  • FIG. 5 is a table showing the configuration of the dielectric multilayer film 200 according to the embodiment.
  • the dielectric multilayer film 200 includes a dielectric film (first dielectric film) 201, a dielectric film (second dielectric film) 202, and a dielectric film (third dielectric film) from the resonator plane 160 side. dielectric film) 203, a dielectric film (fourth dielectric film) 204, and a dielectric film (second optical film) 205 in this order.
  • the dielectric film 201 is laminated on the resonator face 160 and is a film made of aluminum oxynitride to which at least one of Y (yttrium) and La (lanthanum) is added.
  • dielectric film 201 is a film made of YAlON.
  • the dielectric film 201 is a crystalline film.
  • a crystalline film is a film in which the entire film is crystallized. That is, the dielectric film 201 is crystallized at the time of film formation (in other words, at the time the nitride semiconductor light emitting device 10 is manufactured).
  • the dielectric film 202 is laminated on the dielectric film 201 and made of aluminum oxide to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • Aluminum oxide has a composition represented by AlO x (x>0), and examples thereof include AlO, Al 2 O 3 , Al 2 O and the like.
  • the dielectric film 202 is a film made of YAl 2 O 3 .
  • the dielectric film 202 is amorphous (amorphous film).
  • the dielectric film 203 is laminated on the dielectric film 202 and is a film made of aluminum oxynitride to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • the dielectric film 203 is a YAlON film.
  • the dielectric film 203 may be a crystalline film or an amorphous film.
  • dielectric film 203 is a film at least partially crystallized. In other words, the dielectric film 203 is at least partially crystallized at the time of film formation (in other words, at the time the nitride semiconductor light emitting device 10 is manufactured).
  • the crystals included in the dielectric film 203 may have the same crystal structure and crystal orientation as the crystals included in the dielectric film 201, or may have at least one different crystal structure or crystal orientation. good too.
  • Different crystal structures mean different so-called crystallinity, for example, different atomic bonding states, different atomic arrangements, and the like.
  • different crystal structures mean different degrees of crystallization (for example, ratios of amorphous phases and crystalline phases), different densities, different average grain sizes of crystals, and the like.
  • different orientation means that the main orientation is different when the dielectric film as a whole is viewed. The details of the case where the crystals included in the dielectric film 203 and the crystals included in the dielectric film 201 differ in at least one of the crystal structure and crystal orientation will be described later.
  • the dielectric film 204 is laminated on the dielectric film 203 and made of aluminum oxide to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • the dielectric film 204 is a film made of YAl 2 O 3 .
  • the dielectric film 204 is amorphous.
  • the dielectric film 205 is laminated on the dielectric film 204 and is a film made of silicon oxide.
  • Silicon oxide has a composition represented by SiO x (x>0), and examples thereof include SiO and SiO 2 .
  • the dielectric film 205 is a film made of SiO2 .
  • the dielectric film 205 (that is, a film made of silicon oxide) may be laminated on at least one of the dielectric film 201, the dielectric film 202, the dielectric film 203, and the dielectric film 204. .
  • the dielectric film 205 is located at the farthest position (that is, the outermost film) from the resonator plane 160 among the plurality of films (dielectric films 201 to 205) included in the dielectric multilayer film 200. Located in
  • the dielectric film 205 (that is, a film made of silicon oxide) may be laminated on at least one of the dielectric film 301 , the dielectric film 302 , or the dielectric film 303 .
  • FIG. 6 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance on the cavity plane (cavity plane 160) on the light emitting side of the nitride semiconductor light emitting device 10 according to the embodiment. Specifically, FIG. 6 is a graph showing the reflectance with respect to the wavelength of light at the interface between the dielectric multilayer film 200 and the resonator facet 160 .
  • the dielectric multilayer film 200 has a reflectance of 10% or less in the vicinity of 400 nm, which is considered as the central wavelength of light emitted from the nitride semiconductor 100 .
  • the dielectric multilayer film 300 is a multilayer film that is arranged in contact with the resonator face 161, which is the facet (rear side facet) on the side where the nitride semiconductor 100 reflects light, and is provided to increase the reflectance. .
  • FIG. 7 is a table showing the configuration of the dielectric multilayer film 300 according to the embodiment.
  • the dielectric multilayer film 300 includes a dielectric film (first dielectric film) 301, a dielectric film (second dielectric film) 302, and a dielectric film (third dielectric film) from the resonator plane 161 side. It has a body film) 303 and an optical interference film 310 in this order.
  • the dielectric film 301 is laminated on the cavity surface 161 and is a film made of aluminum oxynitride to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • the dielectric film 301 is a YAlON film.
  • the dielectric film 301 is a crystalline film.
  • the dielectric film 302 is laminated on the dielectric film 301 and made of aluminum oxide to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • the dielectric film 302 is a film made of YAl 2 O 3 .
  • the dielectric film 302 is amorphous.
  • the dielectric film 303 is laminated on the dielectric film 302 and is a film made of aluminum oxynitride to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • the dielectric film 303 is a YAlON film.
  • the dielectric film 303 may be a crystalline film or an amorphous film.
  • dielectric film 303 is a film at least partially crystallized.
  • the crystals included in the dielectric film 303 may have the same crystal structure and crystal orientation as the crystals included in the dielectric film 301, or may have at least one different crystal structure or crystal orientation. good too.
  • the optical interference film 310 is a multilayer film laminated on the dielectric film 303 .
  • the optical interference film 310 has two or more multilayer coating films 320 .
  • the dielectric multilayer film 200 is composed of a first coat film 321 and a second coat film 322 laminated on the first coat film 321, and the multilayer coat film 320 is formed at least twice. Film formation is repeated continuously.
  • the multilayer coat film 320 has a first coat film 321 and a second coat film 322 laminated on the first coat film 321 .
  • the first coat film 321 is a dielectric film made of silicon oxide.
  • the first coat film 321 is a film made of SiO 2 .
  • the second coat film 322 is a dielectric film made of aluminum oxynitride to which at least one element of yttrium and lanthanum is added.
  • the second coat film 322 is a film made of YAlON. Note that the second coat film 322 may be a crystalline film or an amorphous film.
  • the optical interference film 310 is a multilayer film in which the first coat film 321 and the second coat film 322 are alternately laminated.
  • the optical interference film 310 has eight multilayer coating films 320 in the present embodiment.
  • the number of multilayer coating films 320 included in the optical interference film 310 is not particularly limited as long as it is plural.
  • the film positioned at the outermost layer may be SiO 2 (that is, the first coat film 321).
  • the 19th layer in the optical interference film 310 is the outermost layer (outermost film) and the second coating film 322, but the optical interference film 310 is the 20th layer, which is the first layer.
  • a coat film 321 may be further provided.
  • the outermost layer In order to obtain a high reflectance, it is desirable that the outermost layer has a high refractive index. On the other hand, in order to obtain a low reflectance, it is desirable that the outermost layer has a low refractive index. Therefore, in the dielectric multilayer film 200, the dielectric film 205 made of SiO 2 with a low refractive index is adopted as the outermost layer film, and in the dielectric multilayer film 300, YAlON with a high refractive index is used as the outermost layer film. membrane is used.
  • FIG. 8 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance on the cavity plane (cavity plane 161) on the light reflecting side of the nitride semiconductor light emitting device 10 according to the embodiment. Specifically, FIG. 8 is a graph showing the reflectance with respect to the wavelength of light at the interface between dielectric multilayer film 300 and cavity surface 161 .
  • the dielectric multilayer film 300 has a reflectance of 90% or more at 380 nm or more and 420 nm or less, which is considered as the center wavelength of the light emitted from the nitride semiconductor 100 .
  • the reflectivity of the resonator face 161 on which the dielectric multilayer film 300 is laminated is, for example, 90% or more.
  • the dielectric film 201 has an oxygen concentration of 2 atom % or more and 13.4 atom % or less.
  • FIG. 9 is a graph showing optical properties of AlON. More specifically, FIG. 9 shows the flow rate of Ar (argon) at 30 cc and the flow rate of N 2 at 4.9 cc when depositing AlON, and the oxygen flow rate (O 2 actual flow rate (sccm)). 2 is a plot of the refractive index of AlON. When the O 2 actual flow rate (sccm) is 0, the film to be formed is AlN.
  • the refractive index is stable in the oxygen flow rate range of 0.1 cc to 0.5 cc, that is, the refractive index is less likely to change with changes in the oxygen flow rate.
  • the oxygen concentration of the film formed when the oxygen flow rate is 0.3 cc, which is the central condition, is 13.4 atom %
  • the oxygen concentration of the film formed when the oxygen flow rate is 0.1 cc is 2 atom %. Therefore, by adjusting the oxygen flow rate so that the oxygen concentration of the film to be formed is 13.4 atom %, it is possible to suppress the change in the refractive index with respect to the change in the oxygen flow rate.
  • the oxygen concentration in the dielectric multilayer films 200 and 300 increases during driving. Therefore, by setting the oxygen concentration of the dielectric film 201 to 13.4 atom % or less, it is possible to suppress the change in the refractive index due to the increase in the oxygen concentration due to driving.
  • the dielectric films 203, 301, and 303 may also have an oxygen concentration of 2 atom % or more and 13.4 atom % or less.
  • the dielectric films 201 and 301 contain crystals having a hexagonal crystal structure. Further, as described above, for example, both the resonator planes 160 and 161 are m-planes. Here, for example, the c-axis of the crystals included in the dielectric films 201 and 301 is perpendicular to at least one of the cavity planes 160 and 161 .
  • FIG. 10 is a diagram showing a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device 10 according to the embodiment. Specifically, (a) of FIG. 10 is a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device 10 . (b) of FIG. 10 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position A. FIG. (c) of FIG. 10 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position B. FIG. (d) of FIG. 10 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position C.
  • FIG. 10 shows an example in which a film is formed by ECR sputtering using an Al target in which 0.1% by weight of Y is dissolved in Al (aluminum).
  • the c-axis is oriented in the vertical direction of the paper surface. More specifically, the nitride semiconductor 100 is c-axis oriented upward in the plane of the drawing near the resonator plane 160 .
  • the dielectric film 201 has an electron beam diffraction pattern that is rotated 90° from the electron beam diffraction pattern of the nitride semiconductor 100 . Specifically, the dielectric film 201 is c-axis oriented in the lateral direction of the paper regardless of the position. In other words, the c-axis of the crystal included in dielectric film 201 is perpendicular to resonator plane 160 .
  • perpendicular not only means that it is completely perpendicular, but also includes within the range of manufacturing error.
  • the above-mentioned “perpendicular” not only means that the angle formed by the two c-axes is 90°, but also means that there is an error of about ⁇ 5% to ⁇ 10%.
  • orientation direction of the dielectric film 201 may differ depending on the position.
  • the dielectric multilayer films 200 and 300 are, for example, configured as described above, but are not limited to the above.
  • lanthanum may be added instead of yttrium in the dielectric film to which yttrium is added, or lanthanum may be added together with yttrium. good too.
  • the sum of the yttrium concentration and the lanthanum concentration in the dielectric films 201 and 202 is not particularly limited, but is, for example, 0.4 atom % or less.
  • FIG. 11 is a graph showing the optical properties of YAlON. Specifically, FIG. 11 is a graph showing the light absorption coefficient at 405 nm with respect to the Y content of the AlON film.
  • FIG. 12 is a graph showing optical properties of YAl 2 O 3 . Specifically, FIG. 12 is a graph showing the light absorption coefficient at 405 nm with respect to the Y content of the Al 2 O 3 film.
  • Y terminates grain boundaries and oxygen defects in the dielectric film, so that the light absorption coefficients of both Al 2 O 3 and AlON are reduced.
  • the amount of Y added is excessively increased, a cluster region in which a plurality of Y atoms are gathered is formed and acts as a light absorption source, increasing the light absorption coefficient.
  • These light absorption characteristics take 405 nm as an example, and have the same tendency in the range from 370 nm to 430 nm. In particular, at wavelengths shorter than 405 nm, the light absorption coefficient is large even when Y is not added, and the change in light absorption characteristics due to the addition of Y becomes more pronounced.
  • Y (and La) has a relatively large atomic radius compared to Al. Therefore, it is difficult to form a stable solid target when attempting to form a dielectric film containing approximately 1 atom % or more of Al. Therefore, the concentration of Y is desirably 0.4 atom % or less from the viewpoint of light absorption and manufacturing.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a light emitting device 400 according to an embodiment. Note that FIG. 13 shows a cross section of the package 410 to show the internal configuration.
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 is used, for example, in a light emitting device 400 utilizing external resonance.
  • a light emitting device 400 includes a nitride semiconductor light emitting element 10 , a package 410 , a submount 420 , a collimator lens unit 430 , a diffraction grating 440 and a coupler 450 .
  • the package 410 is a housing that accommodates the nitride semiconductor light emitting device 10 .
  • Package 410 is a so-called CAN package.
  • Package 410 includes lead pins 411 , stem 412 , window 413 and cap 414 .
  • the lead pin 411 is a pin for receiving power supplied from the outside of the package 410 to the nitride semiconductor light emitting device 10 .
  • a lead pin 411 is fixed to the stem 412 .
  • the lead pin 411 is made of, for example, a conductive metal material.
  • the stem 412 is a base on which the nitride semiconductor light emitting device 10 is placed.
  • nitride semiconductor light emitting device 10 is mounted on stem 412 via submount 420 .
  • the stem 412 is made of, for example, a metal material.
  • the window 413 is a translucent member that transmits light emitted from the nitride semiconductor light emitting device 10 .
  • the window 413 is formed of, for example, a translucent resin material or a low-reflectance member coated with a dielectric multilayer film.
  • a translucent resin material or a low-reflectance member coated with a dielectric multilayer film For example, when the nitride semiconductor light emitting device 10 emits short-wavelength laser light, a member in which a dielectric multilayer film is formed on a transparent material such as glass or quartz is adopted as the window 413 in order to suppress deterioration. be done.
  • the cap 414 is a member provided in contact with the stem 412 so as to cover the nitride semiconductor light emitting device 10 .
  • a through hole is provided in the cap 414 , and the light emitted from the nitride semiconductor light emitting element 10 through the through hole is emitted to the outside of the package 410 .
  • the window 413 is provided so as to cover the through hole.
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 is hermetically sealed by the stem 412 , the window 413 and the cap 414 .
  • the submount 420 is a substrate on which the nitride semiconductor light emitting device 10 is mounted.
  • Submount 420 is formed of, for example, a ceramic material.
  • the collimator lens unit 430 is an optical member for collimating the light emitted by the nitride semiconductor light emitting device 10 .
  • the collimator lens unit 430 includes a collimator lens 431 for collimating one of the fast axis direction and the slow axis direction of light (more specifically, laser light) emitted from the nitride semiconductor light emitting device 10, and collimating the other. and a collimator lens 432 .
  • the diffraction grating 440 is an optical element that disperses the light collimated by the collimator lens unit 430 .
  • the diffraction grating 440 has, for example, a plurality of grooves, and transmits or reflects the light collimated by the collimator lens unit 430 in different directions for each wavelength. In this example, the diffraction grating 440 transmits and emits the light collimated by the collimator lens unit 430 in different directions for each wavelength.
  • the diffraction grating 440 is, for example, a translucent member made of glass, resin, or the like and having the plurality of grooves formed on its surface.
  • the coupler 450 is an output coupler such as a half mirror that transmits part of the light emitted by the diffraction grating 440 and reflects the other part.
  • the light reflected by coupler 450 passes through diffraction grating 440 and collimator lens unit 430 and returns to nitride semiconductor light emitting device 10 . Thereby, light is resonated between the nitride semiconductor light emitting device 10 and the coupler 450 , and the resonated light is emitted from the coupler 450 .
  • the nitride semiconductor light emitting element 10 by appropriately arranging the nitride semiconductor light emitting element 10, the collimator lens unit 430, the diffraction grating 440, and the coupler 450, light of a specific wavelength is resonated and output from the light emitting device 400. .
  • a light source for a Raman spectroscopic device or a photoluminescence device uses a light source with a fixed wavelength of light because a change in wavelength affects analysis results.
  • wavelength multiplexing technology for multiplexing fixed laser beams with mutually different wavelengths is attracting attention because it enables high output while maintaining high beam quality.
  • nitride semiconductors are known to change the wavelength of the emitted light depending on their operating temperature. Therefore, for example, the wavelength of light emitted by the nitride semiconductor changes depending on the optical output of the nitride semiconductor or the operating environment. For this reason, nitride semiconductors are less likely to be used in the above applications that require that the wavelength does not change.
  • a nitride semiconductor in which the reflectance of the resonator facet (front facet) of the nitride semiconductor is minimized, a wavelength selection optical element (for example, a diffraction grating 440), and a light emission optical element called an output coupler (for example, an external resonance semiconductor laser device has been developed that uses a coupler 450) and constitutes a Fabry-Perot type resonator that amplifies only a specific wavelength.
  • a wavelength selection optical element for example, a diffraction grating 440
  • an output coupler for example, an external resonance semiconductor laser device has been developed that uses a coupler 450) and constitutes a Fabry-Perot type resonator that amplifies only a specific wavelength.
  • light for example, laser light
  • the incident light is wavelength-selected by the dispersion effect of the diffraction grating 440 and is incident on the coupler 450 serving as the light exit surface of the Fabry-Perot resonator arranged in the transmission direction of the desired wavelength.
  • a resonator is formed between the coupler 450 and the resonator plane 160 of the nitride semiconductor 100, and light is amplified.
  • FIGS. 14 to 16 are graphs showing reflectance spectra of dielectric multilayer films, respectively. Specifically, FIG. 14 is a graph showing wavelength dependence of reflectance in the dielectric multilayer film 200 formed so as to have low reflectance for light of 450 nm.
  • FIG. 15 is a graph showing the wavelength dependence of the reflectance in the dielectric multilayer film 200 formed so as to have a low reflectance for light of 405 nm.
  • FIG. 16 is a graph showing wavelength dependence of reflectance in the dielectric multilayer film 200 formed to have low reflectance for light of 375 nm.
  • the reflectance spectra shown in FIGS. 14 to 16 are graphs obtained when an Al 2 O 3 film is used as the material for each of the dielectric films 202 and 204 in the dielectric multilayer film 200.
  • FIG. 14 is a graph showing wavelength dependence of reflectance in the dielectric multilayer film 200 formed so as to have low reflectance for light of 450 nm.
  • FIG. 15 is a graph showing the wavelength dependence of
  • the broken line indicates the wavelength dependence of the reflectance when the Al 2 O 3 films (dielectric films 202 and 204) are crystallized, and the wavelength dependence when the Al 2 O 3 films are amorphous.
  • the solid line indicates the wavelength dependence of the reflectance at .
  • the wavelength dependence of the reflectance when the Al 2 O 3 film is crystallized and the wavelength dependence of the reflectance when the Al 2 O 3 film is amorphous are: Different in each case. As described above, since the wavelength dependence of the reflectance is different between the crystal and the amorphous, crystallization of the amorphous causes variation in the optical characteristics of the nitride semiconductor light emitting device 10 . Furthermore, crystallization of the amorphous material increases the reflectance. Therefore, when considering an external resonator (for example, the light emitting device 400), such a variation in optical characteristics results in optical loss. 400 resulting in a drop in light output.
  • an external resonator for example, the light emitting device 400
  • the cavity plane (the plane generating resonance) is the rear end face (cavity plane 161 ) of the nitride semiconductor light emitting element 10 and the reflecting plane of the coupler 450 . becomes.
  • the light can also be amplified by resonance.
  • the reflectance of the cavity surface 160 of the nitride semiconductor light emitting device 10 increases, the light is amplified by using not only the coupler 450 but also the cavity surface 160 as a cavity surface (a cavity surface of a Fabry-Perot cavity).
  • the wavelength fixation by the diffraction grating 440 disappears, that is, it becomes impossible to amplify only light of a specific wavelength. Furthermore, it also leads to fluctuations in the light output from the light emitting device 400 .
  • the reflectance at the cavity surface 160 of the nitride semiconductor light emitting device 10 is required to be extremely low, less than 1%, and furthermore to have small fluctuations.
  • the dielectric multilayer film 200 may have a reflectance of 1% or less by setting the film thickness and the like according to the wavelength of the light emitted from the nitride semiconductor 100 .
  • the reflectance of the resonator plane 160 on which the dielectric multilayer film 200 is laminated is preferably 1% or less.
  • a conventional facet protection film containing no Y for example, the dielectric multilayer film 200A, 2000, etc.
  • photocrystallization of each dielectric film or film peeling between the films may cause the nitride semiconductor light emitting device 10 is in operation (for example, while light is being output), the reflectance of the facet protective film fluctuates.
  • At least one of Y and La is added to the dielectric films made of Al 2 O 3 in the dielectric multilayer films 200 and 300 (for example, the dielectric films 202 and 302). be done. This suppresses photocrystallization of the dielectric film made of Al 2 O 3 . Furthermore, by adding at least one of Y and La (in this embodiment, Y), the adhesion between the dielectric films is improved, so that the occurrence of film peeling between the films is suppressed. be done. As a result, slight variations in reflectance in the dielectric multilayer films 200 and 300 can be suppressed, so that the nitride semiconductor light emitting device 10 can achieve stable external resonance. Of course, even when resonating on the cavity planes 160 and 161, a slight change in reflectance in the dielectric multilayer films 200 and 300 can be suppressed, so stable resonance is possible.
  • the laser light linearly passes through the diffraction grating 440 and reaches the coupler 450, but it is not limited to this. Since the light is bent according to the transmission diffraction angle of the diffraction grating 440 , the coupler 450 may be placed at a position suitable for the diffraction angle of the diffraction grating 440 .
  • the diffraction grating 440 may reflect and emit the light collimated by the collimator lens unit 430 in different directions for each wavelength.
  • FIG. 17 is a diagram showing another example of the configuration of the light emitting device 401 according to the embodiment.
  • the light emitting device 401 differs from the light emitting device 400 in that it includes a diffraction grating 441 and a coupler 460 instead of the diffraction grating 440 and coupler 450 .
  • the diffraction grating 441 reflects and emits the light collimated by the collimator lens unit 430 in different directions for each wavelength.
  • the diffraction grating 441 is, for example, a reflective member such as a metal member having a plurality of grooves formed on its surface.
  • the coupler 460 is an output coupler such as a half mirror that transmits part of the light emitted by the diffraction grating 441 and reflects the other part.
  • Light is also resonated by the light emitting device 401 between the nitride semiconductor light emitting element 10 and the coupler 460, and the resonated light is emitted from the coupler 460 (that is, the light emitting device 401).
  • the dielectric multilayer films 200 and 300 may further include a dielectric film (first optical film) 206 located between the resonator planes 160 and 161 and the dielectric films 201 and 301, respectively.
  • a dielectric film (first optical film) 206 located between the resonator planes 160 and 161 and the dielectric films 201 and 301, respectively.
  • FIG. 18 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device according to Modification 1 of the embodiment.
  • 19 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 1.
  • a dielectric multilayer film 200C included in the nitride semiconductor light emitting device according to Modification 1 of the embodiment includes a dielectric film 206 laminated on the cavity surface 160 and a dielectric film 201 laminated on the dielectric film 206. , a dielectric film 202 laminated on the dielectric film 201 , a dielectric film 203 laminated on the dielectric film 202 , and a dielectric film 205 laminated on the dielectric film 203 .
  • the dielectric film 201 may be placed in contact with the resonator face 160 as shown in FIG. 2, or the dielectric film 206 may be placed in contact with it as shown in FIG.
  • the dielectric film 206 is arranged between the resonator facet 160 and the dielectric film 201 (that is, laminated on the resonator facet 160) and is a film made of SiN or SiON. In this embodiment, the dielectric film 206 is a film made of SiN.
  • the dielectric multilayer film 200D included in the nitride semiconductor light emitting device according to Comparative Example 1 includes a dielectric film 206 laminated on the resonator plane 160 and a dielectric film 206 laminated on the dielectric film 206. It has a film 201A, a dielectric film 202A laminated on the dielectric film 201A, a dielectric film 203A laminated on the dielectric film 202A, and a dielectric film 205 laminated on the dielectric film 203A.
  • the dielectric film 201A is a film made of AlON
  • the dielectric film 202A is a film made of Al 2 O 3
  • the dielectric film 203A is a film made of AlON. That is, Y is added to the dielectric films 201, 202, and 203, unlike the dielectric films 201A, 202A, and 203A.
  • the dielectric film 206 is visible in the dielectric multilayer film 200D. That is, in the structure in which Y is not added, since the SiN film is separated from the AlON film, it is visible.
  • the dielectric film 206 cannot be visually recognized in the dielectric multilayer film 200C. This is probably because in the dielectric multilayer film, Si contained in the dielectric film 206 and Y contained in the dielectric film 201 formed an alloy called silicide. That is, in the structure to which Y is added, the SiN film is fused with the YAlON film (more specifically, silicide is formed), so it is not visible.
  • silicide formation greatly improves the adhesion between the facet of the nitride semiconductor 100 (for example, the cavity surface 160) and the dielectric film (for example, the dielectric film 206).
  • the dielectric multilayer film 300 may have a film made of SiN or SiON (that is, a film having the same configuration as the dielectric film 206) disposed between the resonator face 161 and the dielectric film 301. .
  • FIG. 20 is a TEM image of a nitride semiconductor light-emitting device according to Modification 2 of the embodiment. Specifically, (a) of FIG. 20 is a TEM image of the nitride semiconductor light-emitting device according to Modification 2. FIG. (b) of FIG. 20 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position D. FIG. (c) of FIG. 20 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position E. FIG. Note that FIG. 20 shows an example of film formation by the ECR sputtering method using an Al target in which 1% by weight of Y is dissolved in Al. The first crystal layer 211 has a thickness of approximately 10 nm.
  • the dielectric film 210 is c-axis oriented in the up-down direction of the paper, as in FIG. In other words, the c-axis of the crystal contained in the first crystal layer 211 of the dielectric film 210 is parallel to the resonator plane 160 .
  • the second crystal layer 212 located on the dielectric film 202 side is c-axis oriented in the horizontal direction of the paper. In other words, the c-axis of the crystal included in the first crystal layer 212 of the dielectric film 210 is perpendicular to the resonator plane 160 .
  • the dielectric film 201 is a crystalline film containing crystals having a hexagonal crystal structure.
  • the dielectric film 201 includes a first crystal layer 211 whose c-axis is parallel to the cavity plane 160 and a second crystal layer 212 whose c-axis is perpendicular to the cavity plane 160.
  • the first crystal layer 212 is arranged at a position closer to the resonator plane 160 than the second crystal layer 212 is.
  • the first crystal layer 211 has the same orientation as the nitride semiconductor 100 and is a film having epitaxial properties.
  • the second crystal layer 212 has an orientation different from that of the first crystal layer 211 .
  • the first crystal layer 211 and the second crystal layer 212 are continuously bonded and the interface is obscured. This is probably because the effect of improving the adhesion of Y is greater because the layers are made of the same material with different orientations.
  • the dielectric film 301 is a crystal film containing crystals having a hexagonal crystal structure.
  • Dielectric film 301 includes a first crystal layer whose c-axis is parallel to cavity plane 161 and a second crystal layer whose c-axis is perpendicular to cavity plane 161 .
  • the first crystal layer is arranged at a position closer to the resonator plane 161 than the second crystal layer.
  • the crystals contained in the dielectric film 203 differ from the crystals contained in the dielectric film 201 in at least one of crystal structure and crystal orientation.
  • FIG. 21 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device according to Modification 3 of the embodiment.
  • FIG. 21 is a TEM image of the nitride semiconductor light-emitting device according to the third modification.
  • (b) of FIG. 21 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position F.
  • FIG. (c) of FIG. 21 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position G.
  • FIG. (d) of FIG. 21 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern at position H.
  • FIG. (e) of FIG. 21 is a diagram showing an electron beam diffraction pattern in the GaN substrate.
  • the dielectric film 206 arranged on the side of the nitride semiconductor 100 near the resonator face 160 has the function of suppressing the decomposition and oxidation of the facets, and its main purpose is to protect the facets.
  • the main purpose of the dielectric films (for example, the dielectric films 201 to 204) formed on the dielectric film 206 is to control the reflectance. Therefore, the crystal structure of the dielectric film provided to control the reflectance is required to be a dense film in which crystal orientation is appropriately controlled.
  • Such dense crystalline films are characterized by strong film stress.
  • the film thickness of each dielectric film and the number of films in the multilayer film are set according to the desired reflectance.
  • the resulting dense crystal film causes film peeling due to thermal shock or the like.
  • the clarity of the electron diffraction pattern and the large number of electron diffraction spots suggest that the dielectric film 210 made of YAlON is a dense crystalline film with controlled crystal orientation.
  • the dielectric film 203 made of YAlON has a smaller number of diffraction spots and a lower periodicity than the dielectric film 201, although it is shown that it contains crystal regions because an electron beam diffraction pattern is obtained. shown to be low.
  • the dielectric film 203 is considered to be polycrystalline in which crystal regions with different orientations coexist, also from the fact that electron beam diffraction patterns suggesting a plurality of orientations have been obtained.
  • the dielectric films 301 and 303 may also have the same configuration as the dielectric film 203 . That is, for example, the crystals included in the dielectric film 303 differ from the crystals included in the dielectric film 301 in at least one of crystal structure and crystal orientation.
  • the crystals contained in the dielectric film 303 may differ from the crystals contained in the dielectric film 301 in at least one of crystal structure and crystal orientation.
  • the optical interference film 310 can have a low reflectance by appropriately selecting the material and film thickness.
  • the dielectric multilayer film 200 may further have a multilayer coating film having such a low reflectance.
  • the nitride semiconductor 100 has an N-cladding layer 111, an N-guide layer 112, and an N-side guide layer formed on the main surface (upper surface) of the substrate 102 made of N-type GaN by, for example, metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • MOCVD metalorganic chemical vapor deposition
  • 121, an active layer 122, a P-side guide layer 123, an intermediate layer 124, an electron barrier layer 131, a P-cladding layer 132, and a contact layer 133 are epitaxially grown in sequence.
  • TMG trimethylgallium
  • TEG triethylgallium
  • TMA trimethylaluminum
  • TMI trimethylindium
  • Ammonia NH 3
  • Silane SiH 4
  • SiH 4 SiH 4
  • SiH 4 SiH 4
  • Biscyclopentadienylmagnesium Cp2Mg or the like is used as an Mg source containing a P-type dopant.
  • a mask film (current blocking layer 141) made of SiO 2 is formed on the contact layer 133 by lithography and etching to cover the formation region of the ridge.
  • dry etching with chlorine (Cl 2 ) as a main component is performed to form an upper portion of the contact layer 133 and the P-cladding layer 132 with a crystal axis aligned with the main surface of the substrate 102 .
  • a striped ridge is formed in the ⁇ 1-100> direction.
  • the minus sign attached to the index of the crystal axis expresses the reversal of the one index following the sign for convenience.
  • the width of the ridge portion in the P clad layer 132 is, for example, 30 ⁇ m.
  • a P-side electrode 142 made of Pd and Pt is deposited on the contact layer 133 by, for example, a method combining vacuum deposition and a lift-off method, and then the same lift-off method as the formation of the P-side electrode 142 is performed.
  • a pad electrode 143 is deposited by .
  • the back surface (lower surface) of the substrate 102 is coated with Ti by a vacuum deposition method, a sputtering method, or a CVD method.
  • An N-side electrode 101 is formed.
  • the plane orientation of the nitride semiconductor 100 is (1 ⁇ 100) facet mirrors (that is, resonator faces 160 and 161) are formed.
  • the nitride semiconductor 100 is manufactured.
  • the dielectric multilayer films 200 and 300 can be formed by RF sputtering, magnetron sputtering, ECR (electron cyclotron resonance) sputtering, or the like. In this embodiment, the dielectric multilayer films 200 and 300 are formed using the ECR sputtering method.
  • the ECR sputtering method since the kinetic energy of the sputtered ions that irradiate the resonator surfaces 160 and 161 of the nitride semiconductor 100 is small, the density of crystal defects generated on the exposed surfaces of the semiconductor by the ion irradiation can be reduced. Suitable for film deposition on semiconductors.
  • Dielectric films made of AlON and Al 2 O 3 to which Y or La is added are composed of (i) Y or La-containing AlN
  • a film is formed by reactive sputtering using a combination of a target material and nitrogen (N 2 ) gas and oxygen (O 2 ) gas, or (ii) a combination of a metal target material in which Y or La is dissolved in Al and nitrogen gas. is possible.
  • a solid-solution metal target is used in the present embodiment because the sputtering speed increases when a voltage is applied to the target.
  • the composition of oxygen and nitrogen in the oxynitride is controlled by the flow rates of oxygen gas and nitrogen gas introduced into the chamber.
  • an Al metal target material in which 1% by weight of Y is solid-dissolved, whose purity can be easily increased by metal refining, is used, and a mixed gas of oxygen and nitrogen is reacted when forming AlON. used as a sex gas.
  • Ar gas is introduced into the ECR chamber together with oxygen gas and nitrogen gas.
  • the flow rate of argon gas is 30 ml/min
  • the flow rate of nitrogen gas is 5.5 ml/min
  • the flow rate of oxygen gas is 0.3 ml/min for AlON film formation.
  • the flow rate of each gas is an example and is not limited to this.
  • the dielectric film 206 made of silicon nitride (SiN) and the dielectric film (for example, dielectric film 205 and first coat film 321) made of silicon oxide (SiO 2 ) also have is deposited by the ECR sputtering method using a Si target.
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 includes the nitride semiconductor 100 having two cavity planes 160 and 161 facing each other, and at least one cavity plane of the two cavity planes 160 and 161. and a dielectric multilayer film having a first dielectric film laminated on the first dielectric film and a second dielectric film laminated on the first dielectric film.
  • the nitride semiconductor light emitting device 10 includes at least one of a dielectric multilayer film 200 laminated on the cavity surface 160 and a dielectric multilayer film 300 laminated on the cavity surface 161 .
  • the first dielectric films are made of aluminum oxynitride
  • the second dielectric films are made of aluminum oxide
  • the first dielectric films are crystalline films
  • the first dielectric film is doped with at least one of yttrium and lanthanum
  • the second dielectric film is doped with at least one of yttrium and lanthanum.
  • Y terminates dangling bonds, so it can also suppress solid phase reactions due to light absorption of dangling bonds.
  • YAlON and YAl 2 O 3 can be continuously deposited in the same deposition chamber by depositing with an Al--Y (or Al--La) solid target. In other words, a YAlON film and YAl 2 O 3 can be easily formed. In La, the same effect as in Y can be obtained.
  • the dielectric multilayer film has a first optical film made of SiN or SiON arranged between at least one of the resonator surfaces 160 and 161 and the first dielectric film.
  • dielectric multilayer film 200C has dielectric film 206 arranged between resonator plane 160 and dielectric film 201 .
  • the first dielectric film of the dielectric multilayer film included in the nitride semiconductor light emitting device 10 contains Y (or La), even if Si and Al are a eutectic compound, Si and Y (or La) form an alloy called silicide.
  • Y (or La) contained in dielectric film 201 is concentrated at the interface with crystal grains or dielectric film 206 .
  • Si contained in the dielectric film 206 and Y (or La) contained in the dielectric film 201 form silicide at the interface. Therefore, the adhesion between the dielectric film 206 and the dielectric film 201 can be improved.
  • the first optical film is preferably SiN.
  • the first dielectric films (dielectric films 201 and 301) have an oxygen concentration of 2 atom % or more and 13.4 atom % or less.
  • Y since Y has a higher binding energy with oxygen than Al, it has a high chemical ability to trap oxygen, and thus has the effect of suppressing oxidation of the cavity surfaces 160 and 161 .
  • a dielectric film made of YAlON is likely to cause a change in refractive index due to oxidation of Y by trapping oxygen. Therefore, for example, in the configuration disclosed in Patent Document 4, the change in reflectance is large due to Y trapping oxygen in the film made of YAlN.
  • AlON which is the base material of the dielectric films 201 and 301, has a stable region in which the fluctuation of the refractive index is small in the oxygen composition.
  • AlN for example, the refractive index is lowered by a trace amount of oxygen.
  • the oxygen composition of AlON increases, AlON becomes amorphous due to a phase change, so that the refractive index rapidly decreases.
  • the first dielectric films (dielectric films 201 and 301) have an oxygen concentration of 2 atom % or more and 13.4 atom % or less, so that the first dielectric film absorbs oxygen ( It is possible to reduce the change in refractive index due to being trapped. Therefore, it is possible to realize a nitride semiconductor light emitting device 10 whose reflectance is less likely to change as the nitride semiconductor light emitting device 10 is used, that is, whose reliability is further improved.
  • the dielectric multilayer film 200 has a dielectric film 203 laminated on the dielectric film 202 and a dielectric film 204 laminated on the dielectric film 203 .
  • Dielectric film 203 is made of aluminum oxynitride
  • dielectric film 204 is made of aluminum oxide. At least a portion of the dielectric film 203 is crystallized. At least one element of yttrium and lanthanum is added to the dielectric film 203 . At least one element of yttrium and lanthanum is added to the dielectric film 204 .
  • YAlON has a higher refractive index than YAl 2 O 3 .
  • the dielectric film 201 and the dielectric film 202 are provided with the dielectric film 203 made of YAlON with a high refractive index and the dielectric film 204 made of YAl 2 O 3 with a low refractive index. .
  • the dielectric multilayer film 200 can be controlled to have a desired reflectance.
  • the dielectric multilayer film has a structure like the dielectric films 201 to 204, it is difficult to cause deterioration of the dielectric film and film peeling due to the deterioration, and the desired reflectance can be obtained. can be easily controlled so that the value of
  • the dielectric multilayer film 200 is a second optical film made of silicon oxide laminated on at least one of the dielectric film 201, the dielectric film 202, the dielectric film 203, and the dielectric film 204. (dielectric film 205).
  • the dielectric film 206 is the most from at least one resonator surface (such as the resonator surface 160) among the plurality of films (such as the dielectric films 201 to 205) included in the dielectric multilayer film 200. Located at a distant position (that is, the outermost layer).
  • the outermost layer of the dielectric multilayer film 200 with a dielectric material having a refractive index close to that of air.
  • silicon oxide such as SiO 2 is exemplified as a dielectric material with high versatility and a small refractive index.
  • SiO 2 is a material with an extremely small coefficient of thermal expansion, and in a structure placed on another dielectric film, the risk of film peeling due to stress difference increases. In particular, in a state where the light emitting facet is heated to a high temperature as in a laser device, peeling of the film is likely to occur, which can be one of the causes of deterioration in reliability.
  • the dielectric film 205 can be laminated with improved adhesion due to the effect of forming silicide by Si and Y (or La). Therefore, the nitride semiconductor light emitting device 10 having desired low reflectance and high reliability is realized.
  • the crystals contained in the third dielectric film are the crystals contained in the first dielectric film (for example, the dielectric films 201 and 301). At least one of structure or crystal orientation is different.
  • the stress is relieved by lowering the crystallinity of the third dielectric film (that is, increasing the amorphous portion, or making the structure with the most stable crystal structure slightly disordered). (smaller) to make film peeling less likely to occur.
  • the dielectric multilayer film 300 includes a first coat film 321 made of silicon oxide and a second coat film 322 made of aluminum oxynitride laminated on the first coat film 321 as a set.
  • the multilayer coating film 320 is repeatedly formed at least twice in succession, and the second coating film 322 is doped with at least one element of yttrium and lanthanum.
  • the reflectance at the cavity surface 161 should be 90% or more.
  • Such a high reflectance on the resonator face 161 is achieved by using an optical interference film (optical interference film 310) in which a plurality of sets of high-refractive-index films and low-refractive-index films called 1 ⁇ 4 ⁇ films are laminated on the resonator face. It can be realized by stacking on 161 . What is important here is the difference in refractive index between the high refractive index film and the low refractive index film.
  • this refractive index difference is small, it is necessary to increase the number of sets (that is, the number of dielectric films) in order to obtain a high reflectance.
  • the difference in refractive index is large, the same effect can be obtained with a smaller number of sets than when the difference in refractive index is small. Therefore, a SiO 2 film is generally used as a low refractive index film.
  • SiO 2 is a material with an extremely small coefficient of thermal expansion, and in a structure placed on another dielectric film, there is a risk of film peeling due to a stress difference with the other dielectric film.
  • the multilayer coating film 320 of the nitride semiconductor light emitting device 10 includes YAlON containing Y as a high refractive index film (second coating film 322).
  • SiO 2 is used as the low refractive index film (first coating film 321).
  • silicide is formed by Si and Y at the interface between the silicon oxide (for example, SiO 2 ) and the YAlON film, so that adhesion is improved.
  • SiO 2 has a lower refractive index than YAlON. Therefore, if the optical interference film 310 has a plurality of multilayer coating films 320 composed of a low refractive index SiO 2 film and a high refractive index YAlON film, the desired reflectance can be obtained by appropriately setting the film thickness of each film. can be set to For example, in the dielectric multilayer film 300, adhesion between dielectric films (coating films) is improved and high reflectance is realized.
  • such a multilayer coating film may be used for the dielectric multilayer film 200.
  • the adhesion between the dielectric films (coating films) can be improved and a low reflectance can be realized.
  • one of the two resonator surfaces 160 and 161 has a reflectance of 90% or more, and the other of the two resonator surfaces (the In an embodiment, the reflectivity of the resonator face 161) is 1% or less.
  • the loss of light due to the influence of the reflectance of the cavity surfaces 160 and 161 can be suppressed.
  • the nitride semiconductor 100 has a hexagonal crystal structure, and at least one of the cavity planes 160 and 161 is an m-plane of the hexagonal crystal planes.
  • the dielectric film includes a crystal having a hexagonal crystal structure, and the c-axis of the crystal included in the first dielectric film is perpendicular to the at least one resonator plane.
  • cavity plane 160 is an m-plane
  • dielectric film 201 includes crystals having a hexagonal crystal structure.
  • the c-axis of the crystal included in the dielectric film 201 is in a direction perpendicular to the resonator plane 160 , that is, parallel to the normal line of the resonator plane 160 .
  • the resonator plane 160 is an m-plane and the c-axis of the dielectric film 201 is perpendicular to the resonator plane 160, the nitride semiconductor 100 and the dielectric film 201 It is not an epitaxial relationship. Therefore, since the stress caused by the lattice constant difference between the nitride semiconductor 100 and the crystal included in the dielectric film 201 is not applied to the cavity plane 160, deterioration of the cavity plane 160 can be suppressed.
  • the nitride semiconductor 100 has a hexagonal crystal structure, and at least one of the cavity planes 160 and 161 is an m-plane of the hexagonal crystal planes.
  • the dielectric film is a crystal film containing crystals having a hexagonal crystal structure, and the first dielectric film includes a first crystal layer whose c-axis is parallel to at least one of the crystal layers, and and a second crystal layer perpendicular to the at least one cavity plane, wherein the first crystal layer is positioned closer to the at least one cavity plane than the second crystal layer. ing.
  • the dielectric film 210 is laminated on the resonator plane 160 and laminated on the first crystal layer 211 whose c-axis is parallel to the resonator plane 160 and the first crystal layer 211 . , and a second crystal layer 212 whose c-axis is perpendicular to the cavity plane 160 .
  • dangling bonds are likely to be formed on the cavity surface 160.
  • a dangling bond may become a light absorption source, cause a temperature rise in the cavity surface 160 , and destroy the cavity surface 160 .
  • the interface corresponding to the discontinuity of the crystal plane (that is, the epitaxial layer when viewed from the resonator plane 160) 210 can be moved into the dielectric film 210 . According to this, the dangling bond can be terminated by the effect of concentration of Y at the interface.
  • the stress caused by the lattice constant difference acting on the resonator plane 160 of the nitride semiconductor 100 can be reduced.
  • the crystal orientation of the first crystal layer 211 on the side closer to the cavity plane 160 is the same as that of the nitride semiconductor 100 (more specifically, the cavity plane 160), and the crystal orientation of the second crystal layer 212 is is different from the crystal orientation of the first crystal layer 211, the dangling bond of the cavity surface 160 can be terminated and the stress inside the dielectric film 210 can be relaxed. , a nitride semiconductor light emitting device 10 with higher reliability can be realized.
  • the wavelength of light emitted from the nitride semiconductor 100 is 430 nm or less.
  • FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a nitride semiconductor light emitting device 10B according to Comparative Example 2.
  • FIG. FIG. 23 is a diagram showing a TEM image of a nitride semiconductor light emitting device 10B according to Comparative Example 2.
  • a nitride semiconductor light emitting device 10B includes a nitride semiconductor 100 and a dielectric multilayer film 200B having dielectric films 201A to 204A and 205. As shown in FIG. 22, a nitride semiconductor light emitting device 10B includes a nitride semiconductor 100 and a dielectric multilayer film 200B having dielectric films 201A to 204A and 205. As shown in FIG. 22, a nitride semiconductor light emitting device 10B includes a nitride semiconductor 100 and a dielectric multilayer film 200B having dielectric films 201A to 204A and 205. As shown in FIG.
  • FIG. 24 is a diagram showing another example of a TEM image of the nitride semiconductor light emitting device 10A according to Comparative Example 3.
  • Figures 23 and 24 suggest that the rate of photocrystallization at 450 nm is lower than at 405 nm. On the other hand, it is confirmed that the vicinity of the interface between the dielectric films 202A and 203A is changed to white. This is considered a precursor to solid-state reactions and membrane detachment.
  • Amorphous alumina (Al 2 O 3 ) containing no Y is known to crystallize (also referred to as photocrystallization) upon exposure to light.
  • the speed of photocrystallization varies depending on the wavelength of light.
  • the speed of crystallization progresses slowly at wavelengths of 445 nm to 455 nm in the blue region used in projectors, lighting fixtures, and the like.
  • the crystallization speed is extremely fast when compared with the optical density of 445 nm, for example.
  • the rate of crystallization rapidly increases.
  • the Al 2 O 3 film is transparent in these wavelength bands, but it is thought that the presence of defects caused by oxygen defects in the film causes the defects to act as light absorption sources, thereby causing light absorption.
  • dangling bonds also exist at the interface between the dielectric films or at the interface between the cavity surface and the dielectric film, and the light absorption caused by the dangling bonds also increases as the wavelength shortens.
  • Y when Y is added to the Al 2 O 3 film, oxygen defects and dangling bonds are terminated by Y.
  • Y which has a large atomic radius, inhibits crystallization due to the hindrance effect on atomic displacement in the amorphous phase.
  • the nitride semiconductor light-emitting device 10 including the nitride semiconductor 100 that emits light with a center wavelength of 430 nm or less (for example, the oscillation wavelength of laser light) is particularly effectively made difficult to cause film peeling and It is possible to realize high reliability that can stably maintain the reflectance.
  • the sum of the yttrium concentration and the lanthanum concentration in the first dielectric film and the second dielectric film is each 0.4 atom % or less.
  • both the first dielectric film and the second dielectric film are free from dangling bonds, oxygen defects, etc. at grain boundaries. Terminate on one side. Therefore, the extinction coefficient on the dielectric multilayer film and the cavity surface is reduced (that is, the light absorption coefficient is also reduced), so the heat generation on the cavity surface due to light absorption is suppressed, and the nitride with higher reliability A semiconductor light emitting device 10 is realized.
  • the structure of the nitride semiconductor 100 has been described in detail with reference to FIG. .
  • the nitride semiconductor 100 may have a P-type nitride semiconductor layer under the light emitting layer 120 and an N-type nitride semiconductor layer under the light emitting layer 120 .
  • the nitride semiconductor light-emitting device of the present disclosure can be used, for example, as a light source for industrial lighting, facility lighting, automotive headlamps, industrial laser equipment such as laser processing machines, and image display devices such as laser displays and projectors. can be used.
  • nitride semiconductor light emitting element 100 nitride semiconductor 101 N side electrode 102 substrate 110 N type nitride semiconductor layer 111 N clad layer 112 N guide layer 120 light emitting layer 121 N side guide layer 122 active layer 123 P side guide layer 124 intermediate layer 130 p-type nitride semiconductor layer 131 electron barrier layer 132 p-cladding layer 133 contact layer 141 current blocking layer 142 p-side electrode (ohmic electrode) 143

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Abstract

窒化物半導体発光素子（１０）は、互いに対向する２つの共振器面（１６０、１６１）を有する窒化物半導体（１００）と、２つの共振器面（１６０、１６１）のうちの少なくとも一方の共振器面に積層された誘電体多層膜を有する。例えば、共振器面（１６０）に積層された誘電体多層膜（２００）は、共振器面（１６０）に積層された誘電体膜（２０１）と、誘電体膜（２０１）に積層された誘電体膜（２０２）とを有する。誘電体膜（２０１）は、アルミニウム酸窒化物からなる。誘電体膜（２０２）は、アルミニウム酸化物からなる。誘電体膜（２０１）は、結晶膜である。誘電体膜（２０１）には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。誘電体膜（２０２）には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。

Description

窒化物半導体発光素子
　本開示は、窒化物半導体発光素子に関する。
　従来、レーザ光等の光を出射する窒化物半導体における端面（共振器面）には、窒化物半導体の内部又は外部で光を共振させて窒化物半導体発光素子から光を適切に出射させるために、膜が形成されている（例えば、特許文献１～特許文献４参照）。
特許第４７９９３３９号公報 特許第５０４２６０９号公報 特開２０１１－１１９５４０号公報 国際公開第２００９／１４７８５３号
　窒化物半導体と、当該窒化物半導体の端面に形成される膜とを備える窒化物半導体発光素子においては、信頼性が向上されることが望まれている。
　本開示は、信頼性が向上された窒化物半導体発光素子を提供する。
　本開示の一態様に係る窒化物半導体発光素子は、互いに対向する２つの共振器面を有する窒化物半導体と、前記２つの共振器面のうちの少なくとも一方の共振器面に積層された第一の誘電体膜と、前記第一の誘電体膜に積層された第二の誘電体膜とを有する誘電体多層膜と、を備え、前記第一の誘電体膜は、アルミニウム酸窒化物からなり、前記第二の誘電体膜は、アルミニウム酸化物からなり、前記第一の誘電体膜は、結晶膜であり、前記第一の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されており、前記第二の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。
　本開示によれば、信頼性が向上された窒化物半導体発光素子を提供できる。
図１は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図３は、実施の形態に係る窒化物半導体の構成を示す断面図である。 図４は、実施の形態に係る窒化物半導体の構成を示す表である。 図５は、実施の形態に係る誘電体多層膜の構成を示す表である。 図６は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の光出射側の共振器面における反射率の波長依存性を示すグラフである。 図７は、実施の形態に係る誘電体多層膜の構成を示す表である。 図８は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子の光反射側の共振器面における反射率の波長依存性を示すグラフである。 図９は、ＡｌＯＮの光学特性を示すグラフである。 図１０は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図１１は、ＹＡｌＯＮの４０５ｎｍにおける光学特性を示すグラフである。 図１２は、ＹＡｌ２Ｏ３の４０５ｎｍにおける光学特性を示すグラフである。 図１３は、実施の形態に係る発光装置の構成を示す図である。 図１４は、実施の形態に係る誘電体多層膜の反射スペクトルの第１例を示すグラフである。 図１５は、実施の形態に係る誘電体多層膜の反射スペクトルの第２例を示すグラフである。 図１６は、実施の形態に係る誘電体多層膜の反射スペクトルの第３例を示すグラフである。 図１７は、実施の形態に係る発光装置の構成の別の一例を示す図である。 図１８は、実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図１９は、比較例１に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２０は、実施の形態の変形例２に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２１は、実施の形態の変形例３に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２２は、比較例２に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２３は、比較例２に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２４は、比較例３に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２５は、比較例３に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２６は、比較例３に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２７は、比較例４に係る窒化物半導体発光素子の構成を示す模式的な断面図である。 図２８は、比較例４に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。 図２９は、誘電体膜の状態に対する誘電体多層膜の反射率を示す図である。
　（本開示の基礎となった知見）
　近年、レーザ加工分野及びＬＤＩ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｉｍａｇｉｎｇ）分野等において、高出力の窒化物半導体発光素子のニーズが拡大している。また、近年、レーザ加工における材料の多様化、並びに、ＬＤＩにおける微細化及び汎用化等の観点から、窒化物半導体発光素子が出射する光（例えば、レーザ光）の短波長化が要求されている。また、高出力の光を得るために波長の異なる複数のレーザ光を合波させる波長合波技術が用いられており、特定の波長のレーザ光を出力させるための外部共振技術及び波長合波技術が用いられても高品質な光（例えば、光出力及びスポット形状等の光学特性が安定した光）が要求されることになる。そのため、波長制御及び波長合波のしやすさの観点から、窒化物半導体発光素子が出力（出射）する光の波長が安定していることが要求される。
　上記のような要求から、窒化物半導体の端面に設けられる膜（誘電体膜）には、高出力な光に耐え得ること、紫外領域の光に耐え得ること、及び、光出射側の端面においては低反射率を維持できること等、光に対して透過率、反射率及び屈折率等の光学特性が変化しにくいことが要求される。
　図２５は、比較例３に係る窒化物半導体発光素子１０Ａの構成を示す模式的な断面図である。
　窒化物半導体発光素子１０Ａは、例えば、窒化物半導体１００と、窒化物半導体１００の光出射の端面に設けられた誘電体多層膜２００Ａと、を備える。
　誘電体多層膜２００Ａは、窒化物半導体１００の光出射側の端面である共振器面１６０側から順に、ＳｉＮ又はＳｉＯＮからなる誘電体膜２０６と、ＡｌＯＮからなる誘電体膜２０１Ａと、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜２０２Ａと、ＡｌＯＮからなる誘電体膜２０３Ａと、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜２０４Ａと、ＳｉＯ２からなる誘電体膜２０５と、を有する。誘電体膜２０６、２０１Ａ～２０４Ａ、及び、２０５の膜厚はそれぞれ、誘電体膜２０６が３ｎｍであり、誘電体膜２０１Ａが２０ｎｍであり、誘電体膜２０２Ａが１３ｎｍであり、誘電体膜２０３Ａが１１ｎｍであり、誘電体膜２０４Ａが１６０ｎｍであり、誘電体膜２０５が５７ｎｍである。また、誘電体膜２０２Ａ、２０４Ａ、２０５は、それぞれ、アモルファス（成膜時）であり、誘電体膜２０１Ａ、２０３Ａは、それぞれ、少なくとも結晶領域を含む誘電体膜である。
　図２６は、比較例３に係る窒化物半導体発光素子１０ＡのＴＥＭ画像の一例を示す図である。図２６は、例えば、ピーク波長が４０５ｎｍの光を出射する窒化物半導体発光素子１０Ａを、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）、１．４Ｗ（＠２５℃）で、３００時間駆動させた後のＴＥＭ画像である。また、本例では、窒化物半導体１００のリッジ幅は、７μｍである。
　図２６に示すように、アモルファスであった誘電体膜２０４Ａが一部結晶化している。
　図２７は、比較例４に係る窒化物半導体発光素子１０００の構成を示す模式的な断面図である。
　窒化物半導体発光素子１０００は、例えば、光を出射する発光層１２０を有する窒化物半導体１００と、窒化物半導体１００の共振器面１６０に設けられた誘電体多層膜２０００と、を備える。
　誘電体多層膜２０００は、窒化物半導体１００の共振器面１６０側から順に、ＡｌＯＮからなる誘電体膜２００１と、ＡｌＮからなる誘電体膜２００２と、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜２００３と、ＡｌＮからなる誘電体膜２００４と、ＳｉＯ２からなる誘電体膜２００５と、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜２００６と、ＳｉＯ２からなる誘電体膜２００７と、を有する。誘電体膜２００１～２００４の膜厚はそれぞれ、誘電体膜２００１が３ｎｍであり、誘電体膜２００２が１８ｎｍであり、誘電体膜２００３が１３ｎｍであり、誘電体膜２００４が１１ｎｍである。また、誘電体膜２００３、及び、２００５～２００７は、それぞれ、アモルファス（成膜時）であり、誘電体膜２００１、２００２、及び、２００４は、それぞれ、少なくとも結晶領域を含む誘電体膜である。
　図２８は、比較例４に係る窒化物半導体発光素子１０００のＴＥＭ画像を示す図である。図２８は、例えば、ピーク波長が４０５ｎｍの光を出射する窒化物半導体発光素子１０００を、パルス幅２００ｎｓ（デューティ比５０％）、１．２Ｗ（＠５０℃）で、８５００時間駆動させた後のＴＥＭ画像である。
　図２８に示すように、アモルファスであった誘電体膜２００６が一部結晶化しており、誘電体膜２００５と誘電体膜２００６との間に元々見られなった剥がれ（隙間）が発生している。
　このように、窒化物半導体１００の共振器面１６０に設けられる誘電体多層膜２０００がアモルファスである場合、誘電体膜同士が反応したり、結晶化することで、誘電体膜の体積が変化したりするため、誘電体膜間又は窒化物半導体と誘電体膜との剥がれ（膜剥がれ）が発生することがある。
　図２９は、誘電体膜２００３、２００６の状態に対する誘電体多層膜２０００の反射率を示す図である。なお、図２９に示す「３層目」とは、窒化物半導体１００の共振器面１６０側から誘電体多層膜２０００が有する誘電体膜を数えて３層目、つまり、誘電体膜２００３（Ａｌ２Ｏ３膜）を示す。また、図２９に示す「６層目」とは、窒化物半導体１００の共振器面１６０側から誘電体多層膜２０００が有する誘電体膜を数えて６層目、つまり、誘電体膜２００６（Ａｌ２Ｏ３膜）を示す。また、図２９に示すｎは、誘電体膜２００３、２００６の屈折率を示す。具体的には、アモルファスである誘電体膜２００３、２００６の屈折率は、１．６５であり、結晶化された誘電体膜２００３、２００６の屈折率は、１．７６である。５０％結晶化とは、誘電体膜２００６の一方の半分（例えば、共振器面１６０側に位置する部分）がアモルファスであり、他方の半分（例えば、共振器面１６０側とは反対側に位置する部分）が結晶化されていることを示す。
　図２９に示すように、誘電体膜２００３、２００６がアモルファスであるか結晶化されているかによって、誘電体多層膜２０００の反射率が異なる。４５０ｎｍにおける反射率の変化率は、最大１／５（反射率約１５％に対して反射率差３％）であるが、波長が短くなると大きくなる。４０５ｎｍにおける反射率の変化率は、最大１／３（反射率約６％に対して反射率差２％）である。
　以上のように、例えば、窒化物半導体から出射される光によってアモルファスである誘電体多層膜が結晶化すると、膜剥がれが発生したり、膜剥がれが発生しなくても反射率等の光学特性が変化したりするために、窒化物半導体発光素子が出射する光の出力等の特性が変化する可能性がある。例えば、窒化物半導体発光素子が外部共振によってレーザ光を出射する素子である場合、駆動中に誘電体多層膜が結晶化することで、外部共振による利得が徐々に低下する。そのため、誘電体多層膜には、光学特性が変化しにくいこと（つまり、安定化）が求められている。言い換えると、窒化物半導体発光素子においては、従来よりも信頼性が向上されることが望まれている。
　特許文献１に開示されている構造では、アモルファスである誘電体膜が単層であることから反射率制御が困難となる問題がある。
　特許文献２に開示されている構造では、駆動時間経過とともに結晶である誘電体膜が酸化することにより誘電体膜の屈折率が変化する問題がある。また、結晶性の誘電体膜は、界面に形成されたダングリングボンドに起因して窒化物半導体の共振器面と誘電体膜との密着性が低下する（例えば、膜剥がれが生じやすくなる）問題がある。
　特許文献３に開示されている構造では、誘電体多層膜における共振器面側から数えて２層目に位置し、Ａｌ化合物からなるアモルファスである誘電体膜が光を吸収すること等により変質（結晶化等）してしまう問題がある。
　特許文献４に開示されている構造では、ＹＡｌＮ結晶からなる誘電体膜を用いており、酸素との結合エネルギーが大きいＹを添加することでＡｌＮに比べて酸素バリア性（酸素をトラップする特性）が向上する。そのため、ＹＡｌＮからなる誘電体膜は、時間経過とともに酸化することにより当該誘電体膜の屈折率が変化する問題がある。
　本願は、上記問題を鑑み、信頼性が向上された窒化物半導体発光素子を提供する。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、窒化物半導体の積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　また、本明細書及び図面において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｚ軸に垂直な方向（ＸＹ平面に平行な方向）を水平方向としている。なお、Ｚ軸の正方向を鉛直上方としている。
　また、本明細書において、積層とは、２つの層が層状に配置されていることを意味し、２つの層（又は膜）が接触している場合にも接触していない場合にも用いられる。
　また、本明細書において、窒化物半導体の積層構造における積層方向は、Ｚ軸方向であり、誘電体多層膜の多層膜構造における積層方向は、Ｘ軸方向であるとして説明する。
　（実施の形態）
　［構造］
　＜窒化物半導体発光素子＞
　図１は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の構成を示す模式的な断面図である。
　窒化物半導体発光素子１０は、光（より具体的には、レーザ光）を出射する窒化物半導体発光素子である。
　窒化物半導体発光素子１０は、光（より具体的には、レーザ光）を出射する窒化物半導体１００と、窒化物半導体の共振器面１６０、１６１に接触して設けられた誘電体多層膜２００、３００と、を備える。
　共振器面１６０は、光を出射するいわゆるフロント側端面であり、誘電体多層膜（第一の誘電体多層膜）２００が配置される。
　共振器面１６１は、光を反射するいわゆるリア側端面であり、誘電体多層膜（第一の誘電体多層膜）３００が配置される。
　例えば、共振器面１６０と共振器面１６１との間で共振された光が共振器面１６０から出射される。或いは、窒化物半導体発光素子１０が外部共振によってレーザ光を出射する場合には、共振器面１６１とハーフミラー等の光学系（例えば、後述する図１３に示すカプラ４５０）との間で共振された光が共振器面１６０から出射される。
　＜窒化物半導体＞
　窒化物半導体１００は、互いに対向する２つの共振器面１６０、１６１を有する窒化物系の半導体である。窒化物半導体１００は、例えば、複数の半導体層からなる積層体である。本実施の形態では、窒化物半導体１００は、窒化物材料の一例である窒化ガリウム系材料で形成される。これにより、例えば、窒化物半導体１００への投入電流及び投入電圧を適切に設定することで、３７０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下程度の帯域の波長を有し、且つ、光出力がＷクラス（例えば、１Ｗ以上）であるレーザ光を出射する光学特性を有する窒化物半導体１００が実現される。窒化物半導体１００から出射される光の波長（つまり、窒化物半導体１００の発振波長）は、任意に設定されてよいが、例えば、４３０ｎｍ以下である。より具体的には、窒化物半導体１００は、ピーク波長が４３０ｎｍ以下のレーザ光を出射する。
　例えば、窒化物半導体１００は、六方晶の結晶構造を有する。共振器面１６０、１６１の少なくとも一方は、六方晶の結晶面のうちのｍ面である。本実施の形態では、共振器面１６０、１６１は、いずれもｍ面である。
　なお、窒化物半導体発光素子１０の光学特性は、上記に限定されない。例えば、窒化物半導体発光素子１０は、窒化物半導体１００への投入電流、投入電力、ストライプ幅（リッジ幅）、及び、共振器長等が任意に設定されることで、帯域の波長の光を出力できるように形成されてよい。
　また、窒化物半導体１００は、１個のリッジ部（エミッタ）を有する、いわゆるシングルエミッタでもよいし、複数の（例えば、６０個程度の）リッジ部を有する、いわゆるマルチエミッタでもよい。
　図２は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０のＴＥＭ画像を示す図である。図３は、実施の形態に係る窒化物半導体１００の構成を示す断面図である。図４は、実施の形態に係る窒化物半導体１００の構成を示す表である。
　図３に示すように、窒化物半導体１００は、Ｎ側電極１０１と、基板１０２と、Ｎ型窒化物半導体層１１０と、発光層１２０と、Ｐ型窒化物半導体層１３０と、電流ブロック層１４１と、Ｐ側電極（オーミック電極）１４２と、パッド電極１４３と、を有する。
　Ｎ側電極１０１は、基板１０２の下面に配置される電極である。Ｎ側電極１０１は、例えば、基板１０２側から順にＴｉ、Ｐｔ及びＡｕが積層された積層膜である。
　基板１０２は、窒化物半導体１００の基材となる板状部材である。本実施の形態では、基板１０２は、厚さ８５μｍのｎ型のＧａＮ単結晶基板である。
　Ｎ型窒化物半導体層１１０は、基板１０２の上面に配置（つまり、積層）されるＮ型の半導体層である。
　Ｎ型窒化物半導体層１１０は、Ｎクラッド層１１１と、Ｎガイド層１１２と、を有する。
　Ｎクラッド層１１１は、基板１０２に積層され、ＡｌＧａＮからなる層である。例えば、Ｎクラッド層１１１は、膜厚が３μｍでｎ型のドーパント（不純物）であるＳｉの濃度が１×１０１８ｃｍ－３のＮ型のＡｌＧａＮ層からなる。
　Ｎガイド層１１２は、Ｎクラッド層１１１に積層され、ＧａＮからなる層である。例えば、Ｎガイド層１１２は、膜厚が１２７ｎｍでＳｉの濃度が１×１０１８ｃｍ－３のＮ型のＧａＮからなる。
　発光層１２０は、Ｎ型窒化物半導体層１１０に積層され、光を出射する発光層である。
　発光層１２０は、Ｎ側ガイド層１２１と、活性層１２２と、Ｐ側ガイド層１２３と、中間層１２４と、を有する。
　Ｎ側ガイド層１２１は、Ｎガイド層１１２に積層され、ＩｎＧａＮからなる層である。例えば、Ｎ側ガイド層１２１は、アンドープのＩｎ０．００８Ｇａ０．９９２Ｎからなる。
　活性層１２２は、Ｎ側ガイド層１２１に積層され、ＩｎＧａＮからなる層である。例えば、活性層１２２は、アンドープのＩｎ０．０６６Ｇａ０．９３４ＮとアンドープのＩｎ０．００８Ｇａ０．９９２Ｎとからなる。本実施の形態では、活性層１２２は、井戸層と障壁層（バリア層）とが交互に積層された量子井戸活性層であり、二層の井戸層を有する。このような活性層１２２であれば、窒化物半導体発光素子１０は、中心波長が４０５ｎｍ程度の青紫色のレーザ光を出射できる。
　Ｐ側ガイド層１２３は、活性層１２２に積層され、ＩｎＧａＮからなる層である。例えば、Ｐ側ガイド層１２３は、アンドープのＩｎ０．００３Ｇａ０．９９７Ｎからなる。
　中間層１２４は、Ｐ側ガイド層１２３に積層され、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる層である。中間層１２４は、例えば、Ｐ側ガイド層１２３側から上方に向かうにつれてＩｎの組成比が徐々に減るように構成されている。
　Ｐ型窒化物半導体層１３０は、発光層１２０に積層されるＰ型の半導体層である。
　Ｎ型窒化物半導体層１１０と、発光層１２０と、Ｐ型窒化物半導体層１３０とによって、光の導波部である導波路が形成される。導波路は、窒化物半導体１００の内部で光が導波する部分である。導波路は、例えば、Ｎ型窒化物半導体層１１０の一部と、発光層１２０の一部と、Ｐ型窒化物半導体層１３０の一部とからなる。
　Ｐ型窒化物半導体層１３０は、電子障壁層１３１と、Ｐクラッド層１３２と、コンタクト層１３３と、を有する。
　電子障壁層１３１は、発光層１２０に積層され、ＡｌＧａＮからなる層である。電子障壁層１３１は、例えば、発光層１２０側から上方に向かうにつれてＡｌの組成比が徐々に増えるように構成されている。例えば、電子障壁層１３１は、Ａｌ組成が４％から３６％まで変化する組成傾斜を有する。
　Ｐクラッド層１３２は、電子障壁層１３１に積層され、ＡｌＧａＮからなる層である。Ｐクラッド層１３２は、例えば、電子障壁層１３１に積層される第１層と、当該第１層に積層され、当該第１層よりも不純物濃度が低い第２層とからなる。例えば、Ｐクラッド層１３２は、Ｐ型のドーパントであるＭｇの濃度が２×１０１８ｃｍ－３のＡｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎからなる第１層と、Ｍｇの濃度が１×１０１９ｃｍ－３のＡｌ０．０２６Ｇａ０．９７４Ｎからなる第２層と、を有する。
　また、本実施の形態では、Ｐクラッド層１３２に電流及び光を閉じ込めるためのストライプ状のリッジ部が形成されている。リッジ部に対応する発光層１２０の領域（つまり、リッジ部の下方に位置する発光層１２０の領域）が発光点となり、光が出射される。
　コンタクト層１３３は、Ｐ側電極１４２とオーミック接触するＰ型の半導体層である。コンタクト層１３３は、Ｐクラッド層１３２に積層され、ＧａＮからなる層である。コンタクト層１３３は、例えば、Ｐクラッド層１３２に積層される第１層と、当該第１層に積層され、当該第１層よりも不純物濃度が高い第２層とからなる。例えば、コンタクト層１３３は、Ｍｇの濃度が２×１０１９ｃｍ－３以上添加されたＧａＮからなる。
　電流ブロック層１４１は、リッジ部の側壁、Ｐ型窒化物半導体層１３０の側面及び発光層１２０の側面等を覆い、ＳｉＯ２膜等の電気的な絶縁性を有する膜である。
　Ｐ側電極１４２は、コンタクト層１３３に積層されるオーミック性の電極である。Ｐ側電極１４２は、例えば、コンタクト層１３３側から順にＰｄ（パラジウム）及びＰｔ（白金）が積層された積層膜である。
　パッド電極１４３は、Ｐ側電極１４２に積層された外部から供給される電力を受け付けるためのパッド状の電極である。パッド電極１４３は、例えば、Ｐ側電極１４２側から順にＣｒ（クロム）又はＴｉ（チタン）、とＰｔとＡｕ（金）とが積層された積層膜であり、リッジ部及びその周辺に配置される。Ｃｒ又はＴｉは、パッド電極１４３とＰ側電極１４２との密着性を向上させるために設けられている。
　なお、図４に示す各層に用いられる材料、Ｉｎ組成又はＡｌ組成、膜厚、及び不純物濃度は、あくまで一例であって、これらに限定されるものではない。例えば、基板１０２の厚さは、８５μｍに限定されず、例えば、５０μｍ以上１２０μｍ以下であってもよい。例えば、基板１０２を形成する材料は、ＧａＮ単結晶に限定されず、サファイア、ＳｉＣ等であってもよい。また、例えば、活性層１２２の構成は上記に限定されず、井戸層とバリア層とが交互に積層された量子井戸活性層であればよく、一つの井戸層とその上下にバリア層とを設けた単一量子井戸活性層でもよい。また、例えば、Ｐクラッド層１３２は、ＡｌＧａＮからなる層とＧａＮからなる層とが交互に積層された超格子層であってもよい。
　＜誘電体多層膜＞
　誘電体多層膜２００、３００は、それぞれ、窒化物半導体１００の共振器面１６０、１６１に配置される保護膜である。具体的には、誘電体多層膜２００、３００は、それぞれ、窒化物半導体１００の共振器面１６０、１６１を保護し、且つ、共振器面１６０、１６１における光の反射率を制御するために設けられる。
　なお、共振器面１６０、１６１の少なくとも一方に誘電体多層膜が配置されていればよい。
　誘電体多層膜２００は、窒化物半導体１００が光を出射する側の端面（フロント側端面）である共振器面１６０に接触して配置され、反射率を低減するために設けられる多層膜である。
　図５は、実施の形態に係る誘電体多層膜２００の構成を示す表である。
　誘電体多層膜２００は、共振器面１６０側から、誘電体膜（第一の誘電体膜）２０１と、誘電体膜（第二の誘電体膜）２０２と、誘電体膜（第三の誘電体膜）２０３と、誘電体膜（第四の誘電体膜）２０４と、誘電体膜（第二の光学膜）２０５とをこの順に有する。
　誘電体膜２０１は、共振器面１６０に積層され、Ｙ（イットリウム）又はＬａ（ランタン）の少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸窒化物からなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜２０１は、ＹＡｌＯＮからなる膜である。また、誘電体膜２０１は、結晶膜である。結晶膜とは、膜全体が結晶化された膜である。つまり、誘電体膜２０１は、成膜時において（言い換えると、窒化物半導体発光素子１０が製造された時点において）結晶化されている。
　誘電体膜２０２は、誘電体膜２０１に積層され、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸化物からなる膜である。アルミニウム酸化物は、ＡｌＯｘ（ｘ＞０）で表される組成であり、例えば、ＡｌＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ等が例示される。本実施の形態では、誘電体膜２０２は、ＹＡｌ２Ｏ３からなる膜である。また、誘電体膜２０２は、アモルファス（アモルファス膜）である。
　誘電体膜２０３は、誘電体膜２０２に積層され、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸窒化物からなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜２０３は、ＹＡｌＯＮからなる膜である。なお、誘電体膜２０３は、結晶膜であってもよいし、アモルファスであってもよい。本実施の形態では、誘電体膜２０３は、少なくとも一部が結晶化された膜である。つまり、誘電体膜２０３は、成膜時において（言い換えると、窒化物半導体発光素子１０が製造された時点において）少なくとも一部が結晶化されている。
　なお、誘電体膜２０３に含まれる結晶は、誘電体膜２０１に含まれる結晶とは、結晶構造及び結晶の配向性が同じでもよいし、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なっていてもよい。結晶構造が異なるとは、いわゆる結晶性が異なることを意味し、例えば、原子の結合状態、原子配列等が異なることを意味する。例えば、結晶構造が異なるとは、結晶化されている度合い（例えば、アモルファス相と結晶相との比率）が異なること、密度が異なること、結晶の平均粒径が異なること等を意味する。また、配向性が異なるとは、誘電体膜全体を見た場合に主たる配向が異なることを意味する。誘電体膜２０３に含まれる結晶と、誘電体膜２０１に含まれる結晶とが、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なる場合の詳細については、後述する。
　誘電体膜２０４は、誘電体膜２０３に積層され、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸化物からなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜２０４は、ＹＡｌ２Ｏ３からなる膜である。また、誘電体膜２０４は、アモルファスである。
　誘電体膜２０５は、誘電体膜２０４に積層され、シリコン酸化物からなる膜である。シリコン酸化物は、ＳｉＯｘ（ｘ＞０）で表される組成であり、例えば、ＳｉＯ、ＳｉＯ２等が例示される。本実施の形態では、誘電体膜２０５は、ＳｉＯ２からなる膜である。
　なお、誘電体膜２０５（つまり、シリコン酸化物からなる膜）は、誘電体膜２０１、誘電体膜２０２、誘電体膜２０３、又は、誘電体膜２０４の少なくともいずれかに積層されていてもよい。本実施の形態では、誘電体膜２０５は、誘電体多層膜２００に含まれる複数の膜（誘電体膜２０１～２０５）の中で共振器面１６０から最も離れた位置（つまり、最外膜）に位置する。
　また、誘電体膜２０５（つまり、シリコン酸化物からなる膜）は、誘電体膜３０１、誘電体膜３０２、又は、誘電体膜３０３の少なくともいずれかに積層されていてもよい。
　図６は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の光出射側の共振器面（共振器面１６０）における反射率の波長依存性を示すグラフである。具体的には、図６は、誘電体多層膜２００と共振器面１６０との界面における光の波長に対する反射率を示すグラフである。
　図６に示すように、例えば、誘電体多層膜２００は、窒化物半導体１００が出射する光の中心波長として考えられる４００ｎｍ近傍において、反射率が１０％以下となっている。
　誘電体多層膜３００は、窒化物半導体１００が光を反射する側の端面（リア側端面）である共振器面１６１に接触して配置され、反射率を増加するために設けられる多層膜である。
　図７は、実施の形態に係る誘電体多層膜３００の構成を示す表である。
　誘電体多層膜３００は、共振器面１６１側から、誘電体膜（第一の誘電体膜）３０１と、誘電体膜（第二の誘電体膜）３０２と、誘電体膜（第三の誘電体膜）３０３と、光学干渉膜３１０とをこの順に有する。
　誘電体膜３０１は、共振器面１６１に積層され、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸窒化物からなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜３０１は、ＹＡｌＯＮからなる膜である。また、誘電体膜３０１は、結晶膜である。
　誘電体膜３０２は、誘電体膜３０１に積層され、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸化物からなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜３０２は、ＹＡｌ２Ｏ３からなる膜である。また、誘電体膜３０２は、アモルファスである。
　誘電体膜３０３は、誘電体膜３０２に積層され、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸窒化物からなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜３０３は、ＹＡｌＯＮからなる膜である。なお、誘電体膜３０３は、結晶膜であってもよいし、アモルファスであってもよい。本実施の形態では、誘電体膜３０３は、少なくとも一部が結晶化された膜である。
　なお、誘電体膜３０３に含まれる結晶は、誘電体膜３０１に含まれる結晶とは、結晶構造及び結晶の配向性が同じでもよいし、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なっていてもよい。
　光学干渉膜３１０は、誘電体膜３０３に積層される多層膜である。光学干渉膜３１０は、２以上の多層コート膜３２０を有する。具体的には、誘電体多層膜２００は、第一のコート膜３２１と、第一のコート膜３２１に積層された第二のコート膜３２２とを組とする多層コート膜３２０が少なくとも２回以上連続して繰り返し成膜されている。
　多層コート膜３２０は、第一のコート膜３２１と、第一のコート膜３２１に積層された第二のコート膜３２２と、を有する。
　第一のコート膜３２１は、シリコン酸化物からなる誘電体膜である。本実施の形態では、第一のコート膜３２１は、ＳｉＯ２からなる膜である。
　第二のコート膜３２２は、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されたアルミニウム酸窒化物からなる誘電体膜である。本実施の形態では、第二のコート膜３２２は、ＹＡｌＯＮからなる膜である。なお、第二のコート膜３２２は、結晶膜であってもよいし、アモルファスであってもよい。
　このように、光学干渉膜３１０は、第一のコート膜３２１と第二のコート膜３２２とが交互に積層された多層膜である。
　なお、本実施の形態では、光学干渉膜３１０は、多層コート膜３２０を８つ有する。しかしながら、光学干渉膜３１０が有する多層コート膜３２０の数は、複数であればよく、特に限定されない。
　また、光学干渉膜３１０は、最外層に位置する膜（共振器面１６１から最も離れた場所に位置する膜）がＳｉＯ２（つまり、第一のコート膜３２１）であってもよい。例えば、本実施の形態では、光学干渉膜３１０において１９層目が最外層（最外膜）であり且つ第二のコート膜３２２であるが、光学干渉膜３１０は、２０層目として第一のコート膜３２１をさらに備えてもよい。
　高反射率を得るためには、最外層に位置する膜は、高屈折率の膜である方が望ましい。一方で、低反射率を得るためには、最外層に位置する膜は、低屈折率の膜である方が望ましい。そのため、誘電体多層膜２００においては最外層の膜として屈折率の低いＳｉＯ２からなる誘電体膜２０５が採用されており、誘電体多層膜３００においては最外層の膜として屈折率の高いＹＡｌＯＮからなる膜が採用されている。
　図８は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０の光反射側の共振器面（共振器面１６１）における反射率の波長依存性を示すグラフである。具体的には、図８は、誘電体多層膜３００と共振器面１６１との界面における光の波長に対する反射率を示すグラフである。
　図８に示すように、例えば、誘電体多層膜３００は、窒化物半導体１００が出射する光の中心波長として考えられる３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下において、反射率が９０％以上となっている。つまり、誘電体多層膜３００が積層された共振器面１６１においては、反射率が例えば９０％以上となる。
　また、例えば、誘電体膜２０１は、酸素濃度が２ａｔｏｍ％以上であり、且つ、１３．４ａｔｏｍ％以下である。
　図９は、ＡｌＯＮの光学特性を示すグラフである。より具体的には、図９は、ＡｌＯＮを製膜する際に、Ａｒ（アルゴン）の流量３０ｃｃとし、Ｎ２の流量４．９ｃｃとして固定し、酸素流量（Ｏ２実流量（ｓｃｃｍ））に対するＡｌＯＮの屈折率をプロットしたものである。なお、Ｏ２実流量（ｓｃｃｍ）が０の場合には、製膜される膜は、ＡｌＮとなる。
　図９に示すように、酸素流量が０．１ｃｃから０．５ｃｃの範囲において、屈折率が安定する、つまり、酸素流量の変化に対して屈折率が変化しにくい。その中心条件である酸素流量が０．３ｃｃのときの製膜される膜の酸素濃度は、１３．４ａｔｏｍ％であり、酸素流量が０．１ｃｃのときの製膜される膜の酸素濃度は、２ａｔｏｍ％である。よって、製膜される膜の酸素濃度は、１３．４ａｔｏｍ％になるように酸素流量を調整することにより、酸素流量の変化に対する屈折率の変化を抑制できる。また、窒化物半導体発光素子１０が駆動されると、駆動中に誘電体多層膜２００、３００中の酸素濃度は、増大する。そのため、誘電体膜２０１の酸素濃度を１３．４ａｔｏｍ％以下とすることで、駆動による酸素濃度の増加による屈折率の変化を抑制できる。
　なお、誘電体膜２０３、３０１、３０３もまた、酸素濃度が２ａｔｏｍ％以上１３．４ａｔｏｍ％以下であってもよい。
　また、上記の通り、例えば、誘電体膜２０１、３０１は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含む。また、上記の通り、例えば、共振器面１６０、１６１は、いずれもｍ面である。ここで、例えば、誘電体膜２０１、３０１に含まれる結晶のｃ軸は、共振器面１６０、１６１の少なくとも一方の共振器面に対して垂直な方向である。
　図１０は、実施の形態に係る窒化物半導体発光素子１０のＴＥＭ画像を示す図である。具体的には、図１０の（ａ）は、窒化物半導体発光素子１０のＴＥＭ画像である。図１０の（ｂ）は、位置Ａにおける電子線回折パターンを示す図である。図１０の（ｃ）は、位置Ｂにおける電子線回折パターンを示す図である。図１０の（ｄ）は、位置Ｃにおける電子線回折パターンを示す図である。なお、図１０には、Ｙを０．１重量％Ａｌ（アルミニウム）に固溶させたＡｌターゲットを用いてＥＣＲスパッタ法により成膜した例を示している。
　図１０の（ｂ）に示すように、窒化物半導体１００は、ｃ軸が紙面上下方向に配向している。より具体的には、窒化物半導体１００は、共振器面１６０近傍においては紙面上方向にｃ軸配向している。一方、図１０の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、誘電体膜２０１は、電子線回折パターンが窒化物半導体１００の電子線回折パターンから９０°回転したパターンとなっている。具体的には、誘電体膜２０１は、位置によらず紙面左右方向にｃ軸配向している。つまり、誘電体膜２０１に含まれる結晶のｃ軸は、共振器面１６０に対して垂直な方向である。
　なお、上記した「垂直」とは、完全に垂直であることを意味するだけでなく、製造誤差の範囲内を含む。例えば、上記した「垂直」とは、２つのｃ軸のなす角度が９０°であることを意味するだけでなく、±５％～±１０％程度の誤差を含むことを意味する。
　また、誘電体膜２０１の配向方向は、位置により異なっていてもよい。
　誘電体多層膜２００、３００は、例えば、上記のような構成であるが、上記に限定されない。
　例えば、誘電体多層膜２００、３００が有する各誘電体膜において、イットリウムが添加されている誘電体膜においては、イットリウムではなくランタンが添加されていてもよいし、イットリウムとともにランタンが添加されていてもよい。
　なお、誘電体膜２０１及び誘電体膜２０２における、イットリウムの濃度及びランタンの濃度の和は、特に限定されないが、例えば、各々、０．４ａｔｏｍ％以下である。
　図１１は、ＹＡｌＯＮの光学特性を示すグラフである。具体的には、図１１は、ＡｌＯＮ膜のＹの含有量に対する４０５ｎｍにおける光吸収係数を示すグラフである。図１２は、ＹＡｌ２Ｏ３の光学特性を示すグラフである。具体的には、図１２は、Ａｌ２Ｏ３膜のＹの含有量に対する４０５ｎｍにおける光吸収係数を示すグラフである。
　誘電体膜にＹが添加されることで、誘電体膜におけるグレイン境界や酸素欠陥の終端がなされるため、Ａｌ２Ｏ３もＡｌＯＮも光吸収係数は、低減される。一方、Ｙの添加量を増やしすぎると、Ｙ原子が複数集まったクラスタ領域が形成されて光吸収源として働いてしまい、光吸収係数が増大する。これらの光吸収特性は、４０５ｎｍを例にしたものであって、３７０ｎｍから４３０ｎｍの範囲においては同一の傾向を有する。特に、４０５ｎｍよりも短波長側では、Ｙが添加されていない状態でも光吸収係数が大きく、Ｙ添加による光吸収特性の変化は、より顕著となる。
　また、Ｙ（及びＬａ）は、原子半径がＡｌに対して比較的大きい。そのため、Ａｌに対して略１ａｔｏｍ％以上にした誘電体膜を形成しようとすると、安定した固体ターゲットを形成することが難しい。したがって、光吸収の観点、及び、製造上の観点から、Ｙの濃度は、０．４ａｔｏｍ％以下が望ましい。
　＜窒化物半導体発光装置＞
　図１３は、実施の形態に係る発光装置４００の構成を示す図である。なお、図１３では、パッケージ４１０は、内部構成を示すために断面を示している。
　窒化物半導体発光素子１０は、例えば、外部共振が利用された発光装置４００に用いられる。
　発光装置４００は、窒化物半導体発光素子１０と、パッケージ４１０と、サブマウント４２０と、コリメータレンズユニット４３０と、回折格子４４０と、カプラ４５０と、を備える。
　パッケージ４１０は、窒化物半導体発光素子１０を収容する筐体である。パッケージ４１０は、いわゆるＣＡＮパッケージである。パッケージ４１０は、リードピン４１１と、ステム４１２と、窓４１３と、キャップ４１４と、を備える。
　リードピン４１１は、パッケージ４１０の外部から窒化物半導体発光素子１０に供給される電力を受け付けるためのピンである。リードピン４１１は、ステム４１２に固定されている。リードピン４１１は、例えば、導電性を有する金属材料等によって形成される。
　ステム４１２は、窒化物半導体発光素子１０が載置される台である。本実施の形態では、窒化物半導体発光素子１０は、サブマウント４２０を介してステム４１２に載置されている。ステム４１２は、例えば、金属材料等によって形成される。
　窓４１３は、窒化物半導体発光素子１０が出射する光に対して透光性を有する透光部材である。窓４１３は、例えば、透光性を有する樹脂材料や誘電体多層膜を施した低反射率部材等によって形成される。例えば、窒化物半導体発光素子１０が短波長のレーザ光を出射する場合、劣化を抑制するために、ガラス又は石英等の透明な材料に、誘電体多層膜が形成された部材が窓４１３として採用される。
　キャップ４１４は、窒化物半導体発光素子１０を覆うようにステム４１２に接触して設けられる部材である。キャップ４１４には、貫通孔が設けられており、当該貫通孔を通過して窒化物半導体発光素子１０が出射した光は、パッケージ４１０の外部に発せられる。例えば、窓４１３は、当該貫通孔を覆うように設けられている。ステム４１２、窓４１３及びキャップ４１４によって、例えば、窒化物半導体発光素子１０は気密封止されている。
　サブマウント４２０は、窒化物半導体発光素子１０が載置される基板である。サブマウント４２０は、例えば、セラミック材料によって形成される。
　コリメータレンズユニット４３０は、窒化物半導体発光素子１０が出射した光をコリメートするための光学部材である。例えば、コリメータレンズユニット４３０は、窒化物半導体発光素子１０が出射した光（より具体的には、レーザ光）の速軸方向及び遅軸方向の一方をコリメートするコリメータレンズ４３１と、他方をコリメートするコリメータレンズ４３２とを備える。
　回折格子４４０は、コリメータレンズユニット４３０によってコリメートされた光を分散する光学素子である。回折格子４４０は、例えば、複数の溝が形成されており、コリメータレンズユニット４３０によってコリメートされた光を波長毎に異なる向きに透過又は反射して出射する。本例では、回折格子４４０は、コリメータレンズユニット４３０によってコリメートされた光を波長毎に異なる向きに透過して出射する。回折格子４４０は、例えば、表面に上記した複数の溝が形成された、ガラス又は樹脂等の透光性を有する部材である。
　カプラ４５０は、回折格子４４０が透過することで出射した光の一部を透過し、他部を反射するハーフミラー等のアウトプットカプラである。カプラ４５０が反射した光は、回折格子４４０、コリメータレンズユニット４３０を通過して窒化物半導体発光素子１０に戻る。これにより、窒化物半導体発光素子１０とカプラ４５０との間で光が共振され、共振された光がカプラ４５０から出射される。具体的には、窒化物半導体発光素子１０、コリメータレンズユニット４３０、回折格子４４０、及び、カプラ４５０が適切に配置されることで、特定の波長の光が共振されて発光装置４００から出力される。
　近年、窒化物半導体から出射される光（例えば、レーザ光）の波長を固定させた外部共振を用いたアプリケーションが多数提案されている。例えば、当該アプリケーションの一例であるラマン分光装置又はフォトルミネッセンス装置の光源では、波長変化が分析結果に影響を及ぼすため、光の波長が固定された光源が用いられている。
　また、高出力の発光装置では、複数のレーザ光を合波する必要がある。そこで、特に、互いに異なる波長で固定されたレーザ光を合波する波長合波技術は、高いビーム品質を維持した状態で高出力化が可能になることから、注目を集めている。
　一般に、窒化物半導体は、その動作温度によって出射する光の波長が変化することが知られている。そのため、例えば、窒化物半導体の光出力又は動作環境によって、窒化物半導体が出射する光の波長に変化が生じてしまう。このことから、波長が変化しないことが求められる上記のアプリケーションでは、窒化物半導体は、用いられにくくなっている。
　そこで、窒化物半導体の共振器面（フロント側端面）の反射率を極限まで小さくした窒化物半導体と、波長選択光学素子（例えば、回折格子４４０）と、アウトプットカプラと呼ばれる光出射光学素子（例えば、カプラ４５０）とが用いられた、特定の波長のみが増幅されるファブリペロー型の共振器を構成した外部共振型半導体レーザ装置が開発されている。
　図１３に示すように、窒化物半導体発光素子１０から出射される光（例えば、レーザ光）をコリメータレンズユニット４３０でコリメートすることで平行光とし、回折格子４４０に入射する。入射された光は、回折格子４４０の分散効果によって波長選択され、所望の波長の透過方向に配置されたファブリペロー共振器の光出射面となるカプラ４５０に入射される。このような構成であれば、カプラ４５０と窒化物半導体１００の共振器面１６０と間で共振器が構成され、光が増幅される。
　図１４～図１６は、それぞれ、誘電体多層膜の反射率スペクトルを示すグラフである。具体的には、図１４は、４５０ｎｍの光に対して反射率が低くなるように形成された誘電体多層膜２００における反射率の波長依存性を示すグラフである。図１５は、４０５ｎｍの光に対して反射率が低くなるように形成された誘電体多層膜２００における反射率の波長依存性を示すグラフである。図１６は、３７５ｎｍの光に対して反射率が低くなるように形成された誘電体多層膜２００における反射率の波長依存性を示すグラフである。なお、図１４～図１６の示す反射率スペクトルは、誘電体多層膜２００における誘電体膜２０２、２０４のそれぞれの材料に、Ａｌ２Ｏ３膜を用いた場合のグラフである。
　なお、図１４～図１６において、Ａｌ２Ｏ３膜（誘電体膜２０２、２０４）が結晶化している場合における反射率の波長依存性を破線で示し、Ａｌ２Ｏ３膜がアモルファスである場合における反射率の波長依存性を実線で示している。
　図１４～図１６に示すように、Ａｌ２Ｏ３膜が結晶化している場合における反射率の波長依存性と、Ａｌ２Ｏ３膜がアモルファスである場合における反射率の波長依存性とは、いずれの場合でも異なる。このように、結晶とアモルファスとで反射率の波長依存性が異なるため、アモルファスが結晶化すると、窒化物半導体発光素子１０の光学特性の変動の要因となる。さらに、アモルファスが結晶化することで反射率が増大するため、外部共振器（例えば、発光装置４００）で考えた場合には、このような光学特性の変動は、光損失となるため、発光装置４００の光出力の低下をもたらす。
　発光装置４００のような外部共振を利用した半導体レーザ装置においては、共振器面（共振を発生させる面）が窒化物半導体発光素子１０のリア側端面（共振器面１６１）とカプラ４５０の反射面とになる。
　そのため、共振が行われる光路において共振器面以外で生じる光の反射は、全て光の損失（内部損失）になる。したがって、窒化物半導体発光素子１０のフロント側端面（共振器面１６０）での反射も内部損失となる。このことから、当該フロント側端面では、極めて小さい反射率が必要となる。
　また、窒化物半導体発光素子１０の共振器面１６１に、カプラ４５０以外で反射された光も戻ってくる場合には、当該光も共振によって増幅され得る。窒化物半導体発光素子１０の共振器面１６０の反射率が高くなると、カプラ４５０だけでなく、共振器面１６０を共振面（ファブリペロー共振器の共振器面）にして光が増幅されてしまい、回折格子４４０による波長固定が消失する、つまり、特定の波長の光のみを増幅することができなくなる。さらには、発光装置４００からの光出力の変動にもつながる。これらのことから、窒化物半導体発光素子１０の共振器面１６０での反射率は、１％を下回る極めて低い反射率が求められ、さらに変動が小さいことが必要となる。このように、例えば、誘電体多層膜２００は、窒化物半導体１００が出射する光の波長に応じて膜厚等が設定されることにより、反射率が１％以下とされるとよい。つまり、例えば、誘電体多層膜２００が積層された共振器面１６０においては、反射率が例えば１％以下となるとよい。
　従来のＹを含まない端面保護膜（例えば、誘電体多層膜２００Ａ、２０００等）が用いされる場合では、各誘電体膜の光結晶化又は各膜間の膜剥がれによって、窒化物半導体発光素子１０が動作中（例えば、光を出力中）に端面保護膜の反射率が変動してしまう。
　図１４～図１６に示すように、Ａｌ２Ｏ３が結晶化することで、多くの場合所望の波長の反射率が増大することがわかる。わずかな反射率の変化であっても、反射率が増大することによって共振による光の損失が増大することになるため、発光装置４００の光学特性の悪化につながる。さらに、結晶化による応力変化で膜剥がれが生じる場合には、発光装置４００の光学特性の悪化がさらに顕著になる。
　そこで、誘電体多層膜２００、３００におけるＡｌ２Ｏ３からなる誘電体膜（例えば、誘電体膜２０２、３０２等）には、Ｙ又はＬａの少なくとも一方（本実施の形態では、Ｙ）が添加される。これにより、Ａｌ２Ｏ３からなる誘電体膜の光結晶化が抑制される。さらに、Ｙ又はＬａの少なくとも一方（本実施の形態では、Ｙ）が添加されることで、各誘電体膜間の密着性も向上することから、各膜間で膜剥がれが発生することが抑制される。これにより、誘電体多層膜２００、３００におけるわずかな反射率の変動を抑制できることから、窒化物半導体発光素子１０によれば、安定した外部共振が可能となる。もちろん、共振器面１６０、１６１において共振させる場合においても、誘電体多層膜２００、３００におけるわずかな反射率の変動を抑制できることから、安定した共振が可能となる。
　なお、図１３に示す例では、レーザ光は、回折格子４４０を直線的に透過してカプラ４５０に到達するが、これに限らない。回折格子４４０の透過回折角に合わせて光は曲がるため、カプラ４５０の配置位置は、回折格子４４０の回折角に適した位置に置けばよい。
　また、回折格子４４０は、コリメータレンズユニット４３０によってコリメートされた光を波長毎に異なる向きに反射して出射してもよい。
　図１７は、実施の形態に係る発光装置４０１の構成の別の一例を示す図である。
　発光装置４０１は、発光装置４００とは、回折格子４４０及びカプラ４５０ではなく、回折格子４４１及びカプラ４６０を備えている点が異なる。
　回折格子４４１は、コリメータレンズユニット４３０によってコリメートされた光を波長毎に異なる向きに反射して出射する。回折格子４４１は、例えば、表面に複数の溝が形成された、金属部材等の反射性を有する部材である。
　カプラ４６０は、回折格子４４１が反射することで出射した光の一部を透過し、他部を反射するハーフミラー等のアウトプットカプラである。
　発光装置４０１によってもまた、窒化物半導体発光素子１０とカプラ４６０との間で光が共振され、共振された光がカプラ４６０（つまり、発光装置４０１）から出射される。
　＜変形例＞
　続いて、窒化物半導体発光素子の変形例について説明する。
　例えば、誘電体多層膜２００、３００は、それぞれ、共振器面１６０、１６１と誘電体膜２０１、３０１との間に位置する誘電体膜（第一の光学膜）２０６をさらに備えてもよい。
　図１８は、実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。図１９は、比較例１に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。
　実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体発光素子が備える誘電体多層膜２００Ｃは、共振器面１６０に積層された誘電体膜２０６と、誘電体膜２０６に積層された誘電体膜２０１と、誘電体膜２０１に積層された誘電体膜２０２と、誘電体膜２０２に積層された誘電体膜２０３と、誘電体膜２０３に積層された誘電体膜２０５と、を有する。
　共振器面１６０には、図２に示すように誘電体膜２０１が接触して配置されてもよいし、図１８に示すように誘電体膜２０６が接触して配置されてもよい。
　誘電体膜２０６は、共振器面１６０と誘電体膜２０１との間に配置され（つまり、共振器面１６０に積層され）、ＳｉＮ又はＳｉＯＮからなる膜である。本実施の形態では、誘電体膜２０６は、ＳｉＮからなる膜である。
　図１９に示すように、比較例１に係る窒化物半導体発光素子が備える誘電体多層膜２００Ｄは、共振器面１６０に積層された誘電体膜２０６と、誘電体膜２０６に積層された誘電体膜２０１Ａと、誘電体膜２０１Ａに積層された誘電体膜２０２Ａと、誘電体膜２０２Ａに積層された誘電体膜２０３Ａと、誘電体膜２０３Ａに積層された誘電体膜２０５と、を有する。
　上記した通り、誘電体膜２０１Ａは、ＡｌＯＮからなる膜であり、誘電体膜２０２Ａは、Ａｌ２Ｏ３からなる膜であり、誘電体膜２０３Ａは、ＡｌＯＮからなる膜である。つまり、誘電体膜２０１、２０２、２０３は、誘電体膜２０１Ａ、２０２Ａ、２０３Ａとは異なり、Ｙが添加されている。
　図１９に示すように、誘電体多層膜２００Ｄにおいては、誘電体膜２０６が視認可能である。つまり、Ｙを添加しない構造では、ＳｉＮ膜がＡｌＯＮ膜と分離しているために、視認可能となっている。一方、図１８に示すように、誘電体多層膜２００Ｃにおいては、誘電体膜２０６が視認できない。これは、誘電体多層膜においては、誘電体膜２０６に含まれるＳｉと、誘電体膜２０１に含まれるＹとで、シリサイドと呼ばれる合金が形成されたためと考えらえる。つまり、Ｙが添加された構造では、ＳｉＮ膜がＹＡｌＯＮ膜と融合（より具体的には、シリサイドが形成）しているため、視認できなくなっている。このようなシリサイド形成が窒化物半導体１００の端面（例えば、共振器面１６０）と誘電体膜（例えば、誘電体膜２０６）との密着性を大きく向上させる。
　なお、誘電体多層膜３００は、共振器面１６１と誘電体膜３０１との間に配置されるＳｉＮ又はＳｉＯＮからなる膜（つまり、誘電体膜２０６と同じ構成の膜）を有してもよい。
　図２０は、実施の形態の変形例２に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。具体的には、図２０の（ａ）は、変形例２に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像である。図２０の（ｂ）は、位置Ｄにおける電子線回折パターンを示す図である。図２０の（ｃ）は、位置Ｅにおける電子線回折パターンを示す図である。なお、図２０には、Ｙを１重量％Ａｌに固溶させたＡｌターゲットを用いてＥＣＲスパッタ法により成膜した例を示している。第一の結晶層２１１は、厚みが約１０ｎｍである。
　図２０に示すように、誘電体膜２１０は、窒化物半導体１００側に位置する第一の結晶層２１１においては図１９と同様に紙面上下方向にｃ軸配向している。つまり、誘電体膜２１０が有する第一の結晶層２１１に含まれる結晶のｃ軸は、共振器面１６０に対して平行な方向である。一方、誘電体膜２１０は、誘電体膜２０２側に位置する第二の結晶層２１２においては紙面左右方向にｃ軸配向している。つまり、誘電体膜２１０が有する第一の結晶層２１２に含まれる結晶のｃ軸は、共振器面１６０に対して垂直な方向である。このように、例えば、誘電体膜２０１は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含む結晶膜である。誘電体膜２０１は、ｃ軸が共振器面１６０に対して平行である第一の結晶層２１１と、ｃ軸が共振器面１６０に対して垂直である第二の結晶層２１２と、を含む。この場合、例えば、第一の結晶層２１２は、第二の結晶層２１２よりも共振器面１６０に近い位置に配置されている。
　以上のように、第一の結晶層２１１は、窒化物半導体１００と同一配向となりエピタキシャル性を有する膜となっている。一方、第二の結晶層２１２は、第一の結晶層２１１と異なる配向となっている。図２０の（ａ）に示すように、第一の結晶層２１１と第二の結晶層２１２とは、連続的に結合しており、界面が不明瞭化していることがわかる。これは、配向性の異なる同一材料の層間であるため、Ｙの密着性向上効果がより大きくなっているためと考えられる。
　なお、このような構成は、誘電体膜３０１に採用されてもよい。つまり、例えば、誘電体膜３０１は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含む結晶膜である。誘電体膜３０１は、ｃ軸が共振器面１６１に対して平行である第一の結晶層と、ｃ軸が共振器面１６１に対して垂直である第二の結晶層と、を含む。この場合、例えば、第一の結晶層は、第二の結晶層よりも共振器面１６１に近い位置に配置されている。
　また、例えば、誘電体膜２０３に含まれる結晶は、誘電体膜２０１に含まれる結晶とは、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なる。
　図２１は、実施の形態の変形例３に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像を示す図である。
　具体的には、図２１の（ａ）は、変形例３に係る窒化物半導体発光素子のＴＥＭ画像である。図２１の（ｂ）は、位置Ｆにおける電子線回折パターンを示す図である。図２１の（ｃ）は、位置Ｇにおける電子線回折パターンを示す図である。図２１の（ｄ）は、位置Ｈにおける電子線回折パターンを示す図である。図２１の（ｅ）は、ＧａＮ基板における電子線回折パターンを示す図である。
　窒化物半導体１００の共振器面１６０に近い側に配置した誘電体膜２０６は、端面の分解や酸化を抑制する働きがあり、端面の保護を主なる目的とする。
　一方、誘電体膜２０６の上に形成する誘電体膜（例えば、誘電体膜２０１～２０４）は、反射率の制御を主な目的とする。そのため、反射率を制御するために設けられた誘電体膜の結晶構造は、結晶の配向性が適切に制御された緻密な膜であることが求められる。
　このような緻密な結晶膜は、膜の応力が強い特徴を有する。反射率の制御を目的とする誘電体膜が多層膜である場合、それぞれの誘電体膜の膜厚、及び、多層膜の膜数が所望の反射率に応じて設定されるため、強い応力が発生する緻密な結晶膜では、熱衝撃等で膜剥がれを引き起こす。
　そこで、Ｙを添加するとともに誘電体膜に含まれる結晶の密度を低下させることで、応力を緩和させ膜剥がれを抑制することができる。具体的には、誘電体膜を、アモルファスを含む多結晶膜とすることとで、膜密度を低下させ応力を緩和することが可能となる。
　ＹＡｌＯＮからなる誘電体膜２１０は、結晶配向性を制御した緻密な結晶性膜であることが、電子線回折パターンの明瞭性及び電子線回折スポットの多さからも示唆される。
　一方、ＹＡｌＯＮからなる誘電体膜２０３は、電子線回折パターンが得られることから結晶領域を含んでいることは示されているが、回折スポットの数が少なく周期性が誘電体膜２０１と比較して低いことが示されている。誘電体膜２０３は、複数の配向を示唆する電子線回折パターンが得られていることからも、配向が異なる結晶領域が混在する多結晶体であると考えられる。
　なお、誘電体膜３０１、３０３についても、誘電体膜２０３と同様の構成でもよい。つまり、例えば、誘電体膜３０３に含まれる結晶は、誘電体膜３０１に含まれる結晶とは、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なる。
　また、誘電体膜３０３に含まれる結晶は、誘電体膜３０１に含まれる結晶とは、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なっていてもよい。
　また、光学干渉膜３１０は、材料及び膜厚を適切に選択することで、低反射率とすることができる。このように低反射率にされた多層コート膜を誘電体多層膜２００はさらに有してもよい。
　［製造方法］
　＜窒化物半導体＞
　窒化物半導体１００は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、Ｎ型のＧａＮからなる基板１０２の主面（上面）上に、Ｎクラッド層１１１、Ｎガイド層１１２、Ｎ側ガイド層１２１、活性層１２２、Ｐ側ガイド層１２３、中間層１２４、電子障壁層１３１、Ｐクラッド層１３２、及び、コンタクト層１３３を順次エピタキシャル成長する。
　例えば、ＩＩＩ族元素のＧａ源には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）又はＴＥＧ（トリエチルガリウム）等が用いられる。また、Ａｌ源には、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）等が用いられる。また、Ｉｎ源には、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）等が用いられる。また、Ｖ族元素のＮ源には、アンモニア（ＮＨ３）等が用いられる。また、Ｎ型のドーパントを含むＳｉ源にはシラン（ＳｉＨ４）等が用いられる。また、Ｐ型のドーパントを含むＭｇ源には、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）等が用いられる。
　次に、リソグラフィ法及びエッチング法により、コンタクト層１３３の上に、リッジ部の形成領域を覆うＳｉＯ２からなるマスク膜（電流ブロック層１４１）を形成する。
　次に、形成したマスク膜を用いて、塩素（Ｃｌ２）を主成分とするドライエッチングを行って、コンタクト層１３３及びＰクラッド層１３２の上部に、基板１０２の主面に対して結晶軸の方向が＜１－１００＞方向となるストライプ状のリッジ部を形成する。
　ここで、結晶軸の指数に付した負符号は、当該符号に続く一の指数の反転を便宜的に表している。また、Ｐクラッド層１３２におけるリッジ部の幅は、例えば、３０μｍである。
　次に、例えば、真空蒸着とリフトオフ法とを組み合わせた工法等により、コンタクト層１３３の上に、Ｐｄ及びＰｔからなるＰ側電極１４２を堆積し、その後、Ｐ側電極１４２の形成と同じリフトオフ法によってパッド電極１４３を堆積する。
　次に、基板１０２の劈開を容易とするために基板１０２を薄膜化（裏面研磨）した後に、真空蒸着法、スパッタ法、又は、ＣＶＤ法により、基板１０２の裏面（下面）に、ＴｉからなるＮ側電極１０１を形成する。
　次に、リッジ部における共振器の長さが８００μｍ又は１２００μｍとなるように、エピタキシャル層（上記でエピタキシャル成長させた各層）及び基板１０２を劈開することにより、窒化物半導体１００の面方位が（１－１００）面からなる端面ミラー（つまり、共振器面１６０、１６１）を形成する。
　これにより、窒化物半導体１００が製造される。
　＜誘電体多層膜＞
　誘電体多層膜２００、３００は、ＲＦスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、又は、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ法等により形成することができる。本実施の形態においては、ＥＣＲスパッタ法を用いて誘電体多層膜２００、３００を形成している。
　ＥＣＲスパッタ法は、窒化物半導体１００の共振器面１６０、１６１に照射されるスパッタイオンの運動エネルギーが小さいため、イオン照射により半導体の露出面に生じる結晶欠陥の密度を低くすることができるので、半導体への成膜に適している。
　Ｙ又はＬａを添加したＡｌＯＮ及びＡｌ２Ｏ３からなる誘電体膜（例えば、誘電体膜２０１～２０４、３０１～３０３、第二のコート膜３２２）は、（ｉ）Ｙ若しくはＬａを含有したＡｌＮターゲット材と窒素（Ｎ２）ガス及び酸素（Ｏ２）ガスとの組み合わせ、又は、（ｉｉ）Ｙ若しくはＬａがＡｌに固溶した金属ターゲット材と窒素ガスとの組み合わせによる反応性スパッタにより成膜が可能である。
　特に、ターゲットに電圧を印加するとスパッタリング速度が向上するため、本実施の形態では、固溶金属ターゲットを用いている。酸窒化物における酸素及び窒素の組成の制御は、チャンバに導入する酸素ガスと窒素ガスとの流量によって制御する。
　本実施の形態では、金属精錬により純度を容易に高めることができるＹが１重量％固溶したＡｌ金属ターゲット材を用い、ＡｌＯＮを成膜する場合には、酸素と窒素との混合ガスを反応性ガスとして用いている。
　なお、成膜速度を制御するために、Ａｒガスを酸素ガス及び窒素ガスとともにＥＣＲチャンバに導入している。
　また、本実施の形態では、ＡｌＯＮの成膜には、アルゴンガスの流量を３０ｍｌ／ｍｉｎ、窒素ガスの流量を５．５ｍｌ／ｍｉｎ、酸素ガスの流量を０．３ｍｌ／ｍｉｎとしている。ただし、各ガスの流量は一例であって、これに限らない。
　なお、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなる誘電体膜２０６及びシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる誘電体膜（例えば、誘電体膜２０５、第一のコート膜３２１）においても、本実施の形態においては、Ｓｉターゲットを用いたＥＣＲスパッタ法によって成膜している。
　［効果等］
　以上説明したように、窒化物半導体発光素子１０は、互いに対向する２つの共振器面１６０、１６１を有する窒化物半導体１００と、２つの共振器面１６０、１６１のうちの少なくとも一方の共振器面に積層された第一の誘電体膜と、当該第一の誘電体膜に積層された第二の誘電体膜とを有する誘電体多層膜と、を備える。例えば、窒化物半導体発光素子１０は、共振器面１６０に積層された誘電体多層膜２００と、共振器面１６１に積層された誘電体多層膜３００とのうち少なくとも一方を備える。第一の誘電体膜（誘電体膜２０１、３０１）は、アルミニウム酸窒化物からなり、第二の誘電体膜（誘電体膜２０２、３０２）は、アルミニウム酸化物からなり、第一の誘電体膜は、結晶膜であり、第一の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されており、第二の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。
　これによれば、Ａｌよりも酸素との結合エネルギーが大きいＹ又はＬａを添加することで、ＡｌＯＮとＡｌ２Ｏ３との界面における酸素の拡散を介した固相反応（界面固相反応）を抑制することが可能となる。そのため、誘電体多層膜２００、３００のように複数の誘電体膜であっても膜剥がれを生じにくくできることから、窒化物半導体発光素子１０の信頼性を向上できる。また、誘電体多層膜２００、３００のように複数の誘電体膜にできるため、反射率の制御をしやすくできる。従来の構造では、結晶のＡｌＯＮ膜上にアモルファスのＡｌ２Ｏ３を成膜すると、結晶膜とアモルファス膜との応力の違い、及び、界面に形成されたダングリングボンドによる光吸収により、ＡｌＯＮとＡｌ２Ｏ３とで酸素拡散を介した固相反応が発生する。これにより、膜剥がれが生じやすい。そこで、誘電体膜２０１、２０２、３０１、３０２には、Ｙ又はＬａの少なくとも一方（本実施の形態では、Ｙ）が添加されている。例えば、ＹがＡｌＯＮ膜及びＡｌ２Ｏ３膜の両方に添加されていることで、これらの膜間においてＹが介在して両方の膜を繋ぎとめる役割を担う。そのため、膜剥がれが生じにくくなる。また、例えば、Ｙは、ダングリングボンドを終端するために、ダングリングボンドの光吸収による固相反応も抑制できる。また、ＥＣＲスパッタ装置を用いることで、Ａｌ－Ｙ（又は、Ａｌ－Ｌａ）の固体ターゲットで成膜すればＹＡｌＯＮ及びＹＡｌ２Ｏ３が同一成膜チャンバ内で連続成膜が可能である。つまり、ＹＡｌＯＮ膜及びＹＡｌ２Ｏ３であれば、簡便に製膜することもできる。Ｌａにおいても、Ｙと同様の効果が得られる。
　また、例えば、誘電体多層膜は、共振器面１６０、１６１の少なくとも一方の共振器面と第一の誘電体膜との間に配置されるＳｉＮ又はＳｉＯＮからなる第一の光学膜を有する。例えば、図１８に示すように、誘電体多層膜２００Ｃは、共振器面１６０と誘電体膜２０１との間に配置される誘電体膜２０６を有する。
　例えば、ＧａＮからなる窒化物半導体１００の共振器面１６０に結晶化されたＹＡｌＯＮを直接積層すると、窒化物半導体１００とＹＡｌＯＮとの界面では、多数のダングリングボンドが発生し、発生したダングリングボンドが光吸収源となる可能性がある。さらには、窒化物半導体１００とＹＡｌＯＮとに応力差があることから、膜剥がれの原因となりえる。従来の構成のように、ＳｉＮからなる膜と、Ｙが含まれていないＡｌＯＮ又はＡｌ２Ｏ３からなる膜とでは、ＳｉとＡｌとが共晶化合物であり分離されることから、密着性に問題がある。
　ここで、窒化物半導体発光素子１０備える誘電体多層膜が有する第一の誘電体膜には、Ｙ（又はＬａ）が含まれるために、ＳｉとＡｌとが共晶化合物であっても、ＳｉとＹ（又はＬａ）とでシリサイドと呼ばれる合金を形成する。具体的には、誘電体膜２０１に含まれるＹ（又はＬａ）は、結晶グレイン又は誘電体膜２０６との界面で濃化する。この濃化によって、誘電体膜２０６に含まれるＳｉと誘電体膜２０１に含まれるＹ（又はＬａ）とは、当該界面でシリサイドを形成する。そのため、誘電体膜２０６と誘電体膜２０１との密着性を向上させることができる。
　なお、ＧａＮからなる窒化物半導体１００の共振器面１６０に酸素を含むＹＡｌＯＮを直接積層すると、ＹＡｌＯＮを成膜する際に酸素が共振器面１６０を酸化する場合がある。そのため、第一の光学膜（誘電体膜２０６）は、ＳｉＮであるとよい。
　また、例えば、第一の誘電体膜（誘電体膜２０１、３０１）は、酸素濃度が２ａｔｏｍ％以上であり、且つ、１３．４ａｔｏｍ％以下である。
　例えば、Ｙは、Ａｌよりも酸素との結合エネルギーが大きいことから、酸素を捕捉する化学的能力が高いため、共振器面１６０、１６１の酸化を抑制する効果がある。一方、Ｙが酸素を捕捉することで酸化することにより、ＹＡｌＯＮからなる誘電体膜は、屈折率の変化が生じやすい。そのため、例えば、上記特許文献４で開示されている構成では、ＹＡｌＮからなる膜においてＹが酸素を捕捉することによる反射率の変化が大きい。
　ここで、図９に示すように、誘電体膜２０１、３０１の母材となるＡｌＯＮでは、酸素組成において屈折率の変動が小さい安定な領域が存在する。一方、例えば、ＡｌＮでは、微量な酸素によって屈折率が低下する。また、ＡｌＯＮの酸素組成が高くなると、ＡｌＯＮが相変化によりアモルファスとなるため、屈折率が急激に低下する。
　そこで、第一の誘電体膜（誘電体膜２０１、３０１）は、酸素濃度が２ａｔｏｍ％以上であり、且つ、１３．４ａｔｏｍ％以下とすることで、第一の誘電体膜に酸素が吸収（捕捉）されることによる屈折率の変化を小さくすることができる。したがって、窒化物半導体発光素子１０の利用に伴い反射率が変化しにくい、つまり、さらに信頼性が向上された窒化物半導体発光素子１０が実現され得る。
　また、例えば、誘電体多層膜２００は、誘電体膜２０２に積層された誘電体膜２０３と、誘電体膜２０３に積層された誘電体膜２０４と、を有する。誘電体膜２０３は、アルミニウム酸窒化物からなり、誘電体膜２０４は、アルミニウム酸化物からなる。誘電体膜２０３は、少なくとも一部が結晶化されている。また、誘電体膜２０３には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。また、誘電体膜２０４には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。
　ＹＡｌＯＮは、ＹＡｌ２Ｏ３と比較して、屈折率が高い。これによれば、誘電体膜２０１と誘電体膜２０２に、屈折率の高いＹＡｌＯＮからなる誘電体膜２０３と、屈折率の低いＹＡｌ２Ｏ３からなる誘電体膜２０４とが設けられることになる。このように、屈折率の異なる膜を適切な膜厚で複数積層することで、所望の反射率に誘電体多層膜２００を制御できる。したがって、上記したように、誘電体膜２０１～２０４のような構成の誘電体多層膜であれば、誘電体膜の変質、及び、当該変質にともなう膜剥がれを生じにくくさせつつ、反射率を所望の値となるように制御しやすくできる。
　また、例えば、誘電体多層膜２００は、誘電体膜２０１、誘電体膜２０２、誘電体膜２０３、又は、誘電体膜２０４の少なくともいずれかに積層されたシリコン酸化物からなる第二の光学膜（誘電体膜２０５）を備える。
　これによれば、上記した通り、Ｙ（又はＬａ）が結晶グレイン又は界面に濃化してＳｉとＹ（又はＬａ）とがシリサイドを形成するため、誘電体膜同士の密着性を向上させることができる。
　また、例えば、誘電体膜２０６は、誘電体多層膜２００に含まれる複数の膜（例えば、誘電体膜２０１～２０５）の中で少なくとも一方の共振器面（例えば、共振器面１６０）から最も離れた位置（つまり、最外層）に位置する。
　共振器面１６０で低反射率を実現するためには、誘電体多層膜２００における最外層に屈折率が空気の屈折率に近い誘電体材料を設けることが望ましい。ここで、汎用性の高い誘電体材料であって屈折率が小さい材料として、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物が例示される。一方、ＳｉＯ２は、熱膨張係数が極めて小さい材料であり、他の誘電体膜上に配置する構造では、応力差により膜剥がれが発生するリスクが高まる。特に、レーザデバイスのように光出射端面が高温になる状態では、膜剥がれが発生しやすく、信頼性の悪化の原因の一つとなり得る。そこで、誘電体多層膜２００のように、最外層にＳｉＯ２を設ける。これによれば、誘電体膜２０６によって空気と誘電体多層膜２００との屈折率差を小さくすることで反射率を低減させ、共振器面１６０からできるだけ距離を離すことで熱による膜剥がれが生じることを抑制し、且つ、ＳｉとＹ（又はＬａ）とによるシリサイドの形成の効果により密着性を向上させて誘電体膜２０５を積層できる。したがって、所望の低反射率で且つさらに高い信頼性を有する窒化物半導体発光素子１０が実現される。
　また、例えば、第三の誘電体膜（例えば、誘電体膜２０３、３０３）に含まれる結晶は、第一の誘電体膜（例えば、誘電体膜２０１、３０１）に含まれる結晶とは、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なる。
　アモルファス膜と結晶膜とを接触させて積層すると、これらの膜の応力が違うことにより膜剥がれが生じやすい。そこで、例えば、第三の誘電体膜の結晶性を低下させる（つまり、アモルファスの部分を増やす、又は、結晶構造が最も安定な構造に対しては少し乱れた構造とする）ことで応力を緩和（小さく）して、膜剥がれを生じにくくできる。
　また、例えば、誘電体多層膜３００は、シリコン酸化物からなる第一のコート膜３２１と、第一のコート膜３２１に積層されたアルミニウム酸窒化物からなる第二のコート膜３２２とを組とする多層コート膜３２０が少なくとも２回以上連続して繰り返し成膜されており、第二のコート膜３２２には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている。
　窒化物半導体１００からの光出力を増大させるためには、共振器面１６１における反射率を高める必要がある。例えば、窒化物半導体１００からの光出力を増大させるために、共振器面１６１における反射率を９０％以上にするとよい。このような共振器面１６１における高反射率は、１／４λ膜と呼ばれる高屈折率の膜と低屈折率の膜との組を複数積層した光学干渉膜（光学干渉膜３１０）を共振器面１６１に積層することで実現できる。このとき重要となるのが高屈折率の膜と低屈折率の膜との屈折率差である。この屈折率差が小さいと、高反射率を得るには組数（つまり、誘電体膜の数）を多くする必要がある。一方、この屈折率差が大きいと、屈折率差が小さい場合と比較して少ない組数で同様の効果を得ることができる。そこで、一般的には、ＳｉＯ２膜が低屈折率の膜として用いられる。一方、ＳｉＯ２は、熱膨張係数が極めて小さい材料であり、他の誘電体膜上に配置する構造では、他の誘電体膜との応力差により膜剥がれが発生するリスクが生じる。特に、レーザデバイスでは、チップ（例えば、窒化物半導体１００）が高温になるために、応力起因の膜剥がれが発生し、信頼性の悪化の原因の一つとなり得る。そこで、更なる密着性強化と信頼性向上とを実現するため、窒化物半導体発光素子１０が有する多層コート膜３２０には、高屈折率の膜（第二のコート膜３２２）としてＹを含むＹＡｌＯＮ膜を用いられ、低屈折率の膜（第一のコート膜３２１）としてＳｉＯ２を用いられる。これによれば、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）とＹＡｌＯＮ膜との界面では、ＳｉとＹとによりシリサイドが形成されるために密着性が向上する。また、例えば、ＳｉＯ２は、ＹＡｌＯＮよりも屈折率が小さい。そのため、低屈折率のＳｉＯ２膜と高屈折率のＹＡｌＯＮ膜からなる多層コート膜３２０を複数有する光学干渉膜３１０であれば、各膜の膜厚を適切に設定することで、所望の反射率に設定できる。例えば、誘電体多層膜３００においては、誘電体膜（コート膜）同士の密着性が向上され且つ高い反射率が実現される。
　なお、例えば、このような多層コート膜は、誘電体多層膜２００に用いられてもよい。その場合、誘電体多層膜３００と同様に各膜厚を適切に設定することで、誘電体膜（コート膜）同士の密着性が向上され且つ低い反射率が実現され得る。
　また、例えば、２つの共振器面１６０、１６１のうちの一方（本実施の形態では、共振器面１６０）の反射率は、９０％以上であり、２つの共振器面のうちの他方（本実施の形態では、共振器面１６１）の反射率は、１％以下である。
　これによれば、共振器面１６０、１６１の反射率の影響による光の損失を抑制できる。
　また、例えば、窒化物半導体１００は、六方晶の結晶構造を有し、共振器面１６０、１６１の少なくとも一方の共振器面は、六方晶の結晶面のうちのｍ面であり、第一の誘電体膜は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含み、第一の誘電体膜に含まれる結晶のｃ軸は、当該少なくとも一方の共振器面に対して垂直な方向である。本実施の形態では、共振器面１６０は、ｍ面であり、誘電体膜２０１は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含む。また、誘電体膜２０１に含まれる結晶のｃ軸は、共振器面１６０に対して垂直な方向、つまり、共振器面１６０の法線に平行である。
　これによれば、例えば、共振器面１６０がｍ面であって、誘電体膜２０１のｃ軸が共振器面１６０に対して垂直であることから、窒化物半導体１００と誘電体膜２０１とがエピタキシャルな関係ではない。そのため、窒化物半導体１００と誘電体膜２０１に含まれる結晶との格子定数差に起因する応力が共振器面１６０に印加されないため、共振器面１６０の劣化を抑制できる。
　また、例えば、窒化物半導体１００は、六方晶の結晶構造を有し、共振器面１６０、１６１の少なくとも一方の共振器面は、六方晶の結晶面のうちのｍ面であり、第一の誘電体膜は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含む結晶膜であり、第一の誘電体膜は、ｃ軸が当該少なくとも一方に対して平行である第一の結晶層と、ｃ軸が当該少なくとも一方の共振器面に対して垂直である第二の結晶層と、を含み、第一の結晶層は、第二の結晶層よりも当該少なくとも一方の共振器面に近い位置に配置されている。本実施の形態では、誘電体膜２１０は、共振器面１６０に積層され、ｃ軸が共振器面１６０に対して平行である第一の結晶層２１１と、第一の結晶層２１１に積層され、ｃ軸が共振器面１６０に対して垂直である第二の結晶層２１２と、を含む。
　共振器面１６０とエピタキシャルな関係にない誘電体膜を共振器面１６０に直接積層すると、共振器面１６０にはダングリングボンドが形成されやすい。ダングリングボンドは、光吸収源となり共振器面１６０の温度上昇を引き起こして共振器面１６０を破壊させる可能性がある。ここで、誘電体膜２１０のように、第一の結晶層２１１と第二の結晶層２１２とが設けられることで、結晶面の切れ目に相当する界面（つまり、共振器面１６０から見てエピタキシャルな関係ではなくなる面）を誘電体膜２１０の内部に移動させることができる。これによれば、Ｙが界面に濃化する効果によってダングリングボンドを終端できる。また、第一の結晶層２１１を薄膜にすることで、窒化物半導体１００の共振器面１６０に及ぼす格子定数差に起因する応力を小さくできる。なお、格子定数差をさらに小さくするために、原子半径の大きいＹの添加量を増やすとさらに効果的である。
　したがって、共振器面１６０に近い側の第一の結晶層２１１の結晶の配向を窒化物半導体１００（より具体的には、共振器面１６０）と同一配向とし、第二の結晶層２１２の結晶の配向を第一の結晶層２１１の結晶の配向とは異なる配向にすることで、共振器面１６０のダングリングボンドを終端するとともに、誘電体膜２１０の内部で応力を緩和することができることから、さらに高い信頼性の窒化物半導体発光素子１０を実現できる。
　なお、格子定数差をさらに小さくするために、原子半径の大きいＹの添加量を増やすとさらに効果的である。
　また、例えば、窒化物半導体１００から出射される光の波長は、４３０ｎｍ以下である。
　図２２は、比較例２に係る窒化物半導体発光素子１０Ｂの構成を示す模式的な断面図である。図２３は、比較例２に係る窒化物半導体発光素子１０ＢのＴＥＭ画像を示す図である。なお、図２３は、窒化物半導体１００のストライプ幅が３０μｍであり、ＣＷ、Ｐｏ＝５．０Ｗ（＠２５℃）、２０００時間、４５０ｎｍで出力された窒化物半導体発光素子１０Ｂを示す。
　図２２に示すように、窒化物半導体発光素子１０Ｂは、窒化物半導体１００と、誘電体膜２０１Ａ～２０４Ａ、２０５を有する誘電体多層膜２００Ｂと、を備える。
　図２３に示すように、誘電体膜２０２Ａでは、結晶化があまり進行していないことがわかる。
　図２４は、比較例３に係る窒化物半導体発光素子１０ＡのＴＥＭ画像の別の一例を示す図である。なお、図２４は、図２６とは異なるエージング条件で光を出力した後の窒化物半導体発光素子１０ＡのＴＥＭ画像を示す図である。具体的には、図２４は、窒化物半導体１００のストライプ幅が３０μｍであり、ＣＷ、Ｐｏ＝５．０Ｗ（＠２５℃）、１０００時間、４０５ｎｍで出力された窒化物半導体発光素子１０Ａを示す。
　図２４に示すように、誘電体膜２０４Ａの光結晶化が進行しており、光結晶化により誘電体膜２０４Ａの変形が見られる。また、誘電体膜２０１Ａと誘電体膜２０２Ａとの界面近傍では、固相反応が進行していることが確認できる。
　図２３及び図２４から、４５０ｎｍでの光結晶化の速度が４０５ｎｍに比べて小さいことが示唆される。一方、誘電体膜２０２Ａと誘電体膜２０３Ａとの界面近傍では、白く変質していることが確認される。これは、固相反応及び膜剥がれの前兆と考えらえる。
　Ｙを含まないアモルファスのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）は、光を受けて結晶化（光結晶化ともいう）することが知られている。また、光結晶化は、光の波長によって速度（結晶化の進行速度）が異なることが知られている。特に、プロジェクタ、照明器具等で用いられる青色領域の波長である４４５ｎｍ～４５５ｎｍでは、結晶化の進行速度は、小さい。一方、このような波長帯域よりも短波長である３７０ｎｍ～４０５ｎｍでは、例えば、４４５ｎｍと同じ光学密度として比較すると、結晶化の進行速度が極めて速い。特に、４３０ｎｍよりも短波長側では、結晶化の進行速度が急激に大きくなる。
　Ａｌ２Ｏ３膜は、これらの波長帯域では透明であるが、膜中に酸素欠陥に起因する欠陥が存在することで、当該欠陥が光吸収源として振舞うことで光吸収が生じると考えられる。
　さらに、誘電体膜間の界面又は共振器面と誘電体膜との界面においてもダングリングボンドが存在し、短波長化に伴ってダングリングボンドに起因する光吸収もまた大きくなる。
　ここで、ＹをＡｌ２Ｏ３膜に添加すると、酸素欠陥及びダングリングボンドがＹによって終端される。また、原子半径の大きいＹによって、アモルファス内での原子変位に対する障害効果で結晶化が抑制される。
　これらのことから、４３０ｎｍ以下の中心波長（例えば、レーザ光の発振波長）の光を出射する窒化物半導体１００を備える窒化物半導体発光素子１０において、特に効果的に膜剥がれを生じさせにくくし且つ反射率を安定して維持できる高い信頼性を実現できる。
　また、例えば、第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜における、イットリウムの濃度及びランタンの濃度の和は、各々、０．４ａｔｏｍ％以下である。
　これによれば、Ｙ又はＬａの少なくとも一方が添加されることによって、第一の誘電体膜及び第二の誘電体膜が両方ともグレイン境界のダングリングボンド、酸素欠陥等をＹ又はＬａの少なくとも一方で終端する。そのため、誘電体多層膜及び共振器面における消衰係数が低減する（つまり、光吸収係数も低減する）ことから、光吸収による共振器面での発熱が抑制され、さらに高い信頼性の窒化物半導体発光素子１０が実現される。
　（その他の実施の形態）
　以上、本開示に係る窒化物半導体発光素子について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態では、窒化物半導体１００の構造について、図３等を用いて詳細に説明したが、窒化物半導体は、光を出射する構造であればよく、上記実施の形態に限らない。例えば、窒化物半導体１００は、発光層１２０の下側にＰ型窒化物半導体層が位置し、発光層１２０の下側にＮ型窒化物半導体層が位置してもよい。
　その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示の窒化物半導体発光素子は、例えば、産業用照明、施設照明、車載用ヘッドランプ、レーザ加工機などの産業用のレーザ機器、及び、レーザディスプレイ、プロジェクタ等の画像表示装置等の光源に利用することができる。
　１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０００　窒化物半導体発光素子
　１００　窒化物半導体
　１０１　Ｎ側電極
　１０２　基板
　１１０　Ｎ型窒化物半導体層
　１１１　Ｎクラッド層
　１１２　Ｎガイド層
　１２０　発光層
　１２１　Ｎ側ガイド層
　１２２　活性層
　１２３　Ｐ側ガイド層
　１２４　中間層
　１３０　Ｐ型窒化物半導体層
　１３１　電子障壁層
　１３２　Ｐクラッド層
　１３３　コンタクト層
　１４１　電流ブロック層
　１４２　Ｐ側電極（オーミック電極）
　１４３　パッド電極
　１６０、１６１　共振器面
　２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ、２０００　誘電体多層膜（第一の誘電体多層膜）
　２０１、２０１Ａ、３０１、２１０　誘電体膜（第一の誘電体膜）
　２０２、２０２Ａ、３０２　誘電体膜（第二の誘電体膜）
　２０３、２０３Ａ、３０３　誘電体膜（第三の誘電体膜）
　２０４、２０４Ａ　誘電体膜（第四の誘電体膜）
　２０５　誘電体膜（第二の光学膜）
　２０６　誘電体膜（第一の光学膜）
　２１１　結晶層（第一の結晶層）
　２１２　結晶層（第二の結晶層）
　３００　誘電体多層膜（第二の誘電体多層膜）
　３１０　光学干渉膜
　３２０　多層コート膜
　３２１　第一のコート膜
　３２２　第二のコート膜
　４００、４０１　発光装置
　４１０　パッケージ
　４１１　リードピン
　４１２　ステム
　４１３　窓
　４１４　キャップ
　４２０　サブマウント
　４３０　コリメータレンズユニット
　４３１、４３２　コリメータレンズ
　４４０、４４１　回折格子
　４５０、４６０　カプラ
　２００１、２００２、２００３、２００４、２００５、２００６、２００７　誘電体膜
　Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ　位置

Claims (13)

  1. 　互いに対向する２つの共振器面を有する窒化物半導体と、
    　前記２つの共振器面のうちの少なくとも一方の共振器面に積層された第一の誘電体膜と、前記第一の誘電体膜に積層された第二の誘電体膜とを有する誘電体多層膜と、を備え、
    　前記第一の誘電体膜は、アルミニウム酸窒化物からなり、
    　前記第二の誘電体膜は、アルミニウム酸化物からなり、
    　前記第一の誘電体膜は、結晶膜であり、
    　前記第一の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されており、
    　前記第二の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている
    　窒化物半導体発光素子。
  2. 　前記誘電体多層膜は、前記少なくとも一方の共振器面と前記第一の誘電体膜との間に配置されるＳｉＮ又はＳｉＯＮからなる第一の光学膜を有する
    　請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
  3. 　前記第一の誘電体膜は、酸素濃度が２ａｔｏｍ％以上であり、且つ、１３．４ａｔｏｍ％以下である
    　請求項１又は２に記載の窒化物半導体発光素子。
  4. 　前記誘電体多層膜は、
    　前記第二の誘電体膜に積層された第三の誘電体膜と、前記第三の誘電体膜に積層された第四の誘電体膜と、を有し、
    　前記第三の誘電体膜は、アルミニウム酸窒化物からなり、
    　前記第四の誘電体膜は、アルミニウム酸化物からなり、
    　前記第三の誘電体膜は、少なくとも一部が結晶化されており、
    　前記第三の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されており、
    　前記第四の誘電体膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  5. 　前記誘電体多層膜は、前記第一の誘電体膜、前記第二の誘電体膜、前記第三の誘電体膜、又は、前記第四の誘電体膜の少なくともいずれかに積層されたシリコン酸化物からなる第二の光学膜を備える
    　請求項４に記載の窒化物半導体発光素子。
  6. 　前記第二の光学膜は、前記誘電体多層膜に含まれる複数の膜の中で前記少なくとも一方の共振器面から最も離れた位置に位置する
    　請求項５に記載の窒化物半導体発光素子。
  7. 　前記第三の誘電体膜に含まれる結晶は、前記第一の誘電体膜に含まれる結晶とは、結晶構造又は結晶の配向性の少なくとも一方が異なる
    　請求項４～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  8. 　前記誘電体多層膜は、
    　シリコン酸化物からなる第一のコート膜と、前記第一のコート膜に積層されたアルミニウム酸窒化物からなる第二のコート膜とを組とする多層コート膜が少なくとも２回以上連続して繰り返し成膜されており、
    　前記第二のコート膜には、イットリウム又はランタンの少なくとも一方の元素が添加されている
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  9. 　前記２つの共振器面のうちの一方の反射率は、９０％以上であり、
    　前記２つの共振器面のうちの他方の反射率は、１％以下である
    　請求項１～８のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  10. 　前記窒化物半導体は、六方晶の結晶構造を有し、
    　前記少なくとも一方の共振器面は、六方晶の結晶面のうちのｍ面であり、
    　前記第一の誘電体膜は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含み、
    　前記第一の誘電体膜に含まれる結晶のｃ軸は、前記少なくとも一方の共振器面に対して垂直な方向である
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  11. 　前記窒化物半導体は、六方晶の結晶構造を有し、
    　前記少なくとも一方の共振器面は、六方晶の結晶面のうちのｍ面であり、
    　前記第一の誘電体膜は、六方晶の結晶構造を有する結晶を含む結晶膜であり、
    　前記第一の誘電体膜は、
    　ｃ軸が前記少なくとも一方の共振器面に対して平行である第一の結晶層と、
    　ｃ軸が前記少なくとも一方の共振器面に対して垂直である第二の結晶層と、を含み、
    　前記第一の結晶層は、前記第二の結晶層よりも前記少なくとも一方の共振器面に近い位置に配置されている
    　請求項１～９のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  12. 　前記窒化物半導体から出射される光の波長は、４３０ｎｍ以下である
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
  13. 　前記第一の誘電体膜及び前記第二の誘電体膜における、イットリウムの濃度及びランタンの濃度の和は、各々、０．４ａｔｏｍ％以下である
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光素子。
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