"第1の格子定数を有する半導体基板と、前記半導体基板上方に形成され、前記第1の格子定数より大きな第2の格子定数を有する量子ドットと、前記半導体基板上方で前記量子ドットの側面を囲み、前記第1の格子定数より小さな第3の格子定数を有するサイドバリアと、前記半導体基板上方で前記量子ドット及び前記サイドバリアに接して形成され、前記第1の格子定数より大きく、前記第2の格子定数より小さな第4の格子定数を有する第1の歪み緩和層と、を有する光半導体装置。前記第1の歪み緩和層は、前記半導体基板との格子不整合が0.7を超え、2.8以下である請求項1記載の光半導体装置。前記第1の歪み緩和層が、前記半導体基板と前記量子ドット及び前記サイドバリアの間に形成され、さらに前記量子ドット及び前記サイドバリア上に接して形成され、前記第1の格子定数より大きく、前記第2の格子定数より小さな第5の格子定数を有する第2の歪み緩和層を有する、請求項1又は2に記載の光半導体装置。前記第1の歪み緩和層と前記第2の歪み緩和層とが同一組成の半導体で形成されている請求項3に記載の光半導体装置。前記半導体基板がGaAs基板であり、前記第1の歪み緩和層がInGaAsを含む材料で形成され、前記サイドバリアがGaAsPを含む材料で形成されている請求項1~4のいずれか1項に記載の光半導体装置。前記第1の歪み緩和層が、InxGa1-xAsxは、0.1~0.4の範囲内である請求項5記載の光半導体装置。前記量子ドットは、偏光依存性を持たず、1.3μm以上の発光ないし吸光ピーク波長を有する請求項1~6のいずれか1項記載の光半導体装置。歪みの点から、光半導体装置の偏光無依存性、発光波長ないし吸光波長の長波長化に改良を与える。実施例によれば、第1の格子定数を有する半導体基板と、前記半導体基板上方に形成され、前記第1の格子定数より大きな第2の格子定数を有する量子ドットと、前記半導体基板上方で前記量子ドットの側面を囲み、前記第1の格子定数より小さな第3の格子定数を有するサイドバリアと、前記半導体基板上方で前記量子ドット及び前記サイドバリアに接して形成され、前記第1の格子定数より大きく、前記第2の格子定数より小さな第4の格子定数を有する第1の歪み緩和層と、を有する光半導体装置が提供される。光半導体装置において、歪み緩和層が量子ドットの歪みを緩和し、偏光依存性がなく、発光波長ないし吸光波長の長波長化を可能とする。光半導体装置の基板として、GaAs基板とInP基板が最も広く用いられる。InP基板のコストは、GaAs基板のコストよりかなり高く、実用品の基板としては、GaAs基板を使えることが望ましい。そこで、制限的ではないが、GaAs基板上に、InAs量子ドットを形成し、量子ドットの側面をサイドバリアで包み込む構成を主たる対象とする。なお、サイドバリアは、量子ドットの高さと同じ厚さを有する。即ち、量子ドットの周囲にサイドバリアを形成した状態で、量子ドットの頂点はサイドバリアから露出する。サイドバリアは、GaAsP,GaAlAsP,InGaAsP,Si,Ge等で形成できる。GaAs基板上にInAs量子ドットを形成し、基板より格子定数の小さなInGaAsP等でサイドバリアを形成することにより、TMモードに対する感度を高くすることができる。但し、1.3μm帯、1.55μm帯で動作するデバイスを得ることは難しい。InAs/GaAsは格子不整合が大きい。GaAsよりも小さい格子定数を有するサイドバリアを形成すると、InAs量子ドットとサイドバリアとの格子不整合はもっと大きくなる。基板より格子定数の大きなInAs量子ドットに、基板より格子定数の小さなサイドバリアから大きな圧縮歪みがかかり、量子ドットのバンドギャップが大きくなる。モデル計算によれば、InAs/GaAs量子構造の場合、3格子不整合に相当する歪みであれば、偏光依存性の低い1.3μmの発光が可能である。ところが、実際のInAs/GaAs系の格子不整合は7である。本発明者は、圧縮歪みを緩和できる構成により、発光受光波長を長波長化することを考察した。GaAs基板の上に形成するInAs量子ドットの上下に、GaAs基板より格子定数が大きく、量子ドットより格子定数が小さな、例えばInGaAs層を形成する。基板より大きな格子定数を有する層で量子ドットを挟めば、基板から量子ドットに印加されていた圧縮歪みは緩和されるであろう。また、基板より大きな格子定数を有する層が、基板より小さな格子定数を有するサイドバリアが与える圧縮歪みを緩和する機能も期待できよう。この歪みを緩和する層を、歪み緩和層と呼ぶことにする。GaAs基板の場合、歪み緩和層はGaAsより大きく、量子ドットより小さな格子定数を持つ層である。量子ドットをInAsとすると、InGaAsの他、InGaAlAs,InGaAsP等で歪み緩和層を形成できる。図1Aは、量子ドット層が単層の場合の構成を示す。例えば、n型GaAs基板10の上に、n型GaAsバッファ層11を成長し、その上にGaAsより格子定数が大きく、InAsより格子定数が小さい、n型或いはノンドープInGaAsの下側歪み緩和層22を成長する。下側歪み緩和層22の上に、InAs量子ドット30を成長する。例えばS-Kモードにより成長する量子ドットは、下地全面を覆う濡れ層と、局部的に隆起する量子ドットとを含む。量子ドット30形成後、GaAs基板より格子定数が小さいInGaAsPサイドバリア24を成長し、量子ドットの側面を埋め込む。量子ドットの頂点は露出するようにする。InGaAsPサイドバリア24の厚さは、InAs量子ドット30の高さと一致する。量子ドットとサイドバリアとが1つの層量子ドットを含む量子ドット層を形成する。量子ドット30とサイドバリア24とを併せて、量子ドット層と呼ぶことがある。量子ドット30、サイドバリア24の上に、GaAsより格子定数が大きく、InAsより格子定数が小さい、p型或いはノンドープInGaAsの上側歪み緩和層23を成長し、さらにp型GaAs又はp型InAlGaAsのコンタクト層12を形成する。典型的には、上側歪み緩和層23は下側歪み緩和層22と同じ組成を有する。図1Bは、量子ドット層が複数層の場合を示す。例えば、n型GaAs基板10の上に、n型GaAsバッファ層11を成長し、その上にn型InGaAsの下側歪み緩和層22を成長するところまでは、図1Aの場合と同様である。下側歪み緩和層22の上に、InAs量子ドット30を成長し、InGaAsPサイドバリア24で量子ドット30側面を埋め込み、その上にInAs量子ドット30を成長し、InGaAsPサイドバリア24で量子ドット30側面を埋め込むことを繰り返す。所望層数の量子ドット30を成長し、量子ドット間を結合することにより、コラムナ量子ドットを形成する。その後、上側歪み緩和層23を成長し、さらにコンタクト層12を成長する点は、図1Aの場合と同様である。図1A,図1Bの構成においては、量子ドット30が側方はサイドバリア24によって囲まれ、上下は歪み緩和層22,23によって挟まれた構成となる。この構成をモデル化して、シミュレーションを行った。図2Aは、シミュレーションに用いたモデルを示す。GaAs基板10の上に、GaAsバッファ層11、厚さ15nmのIn0.2Ga0.8As下側歪み緩和層22を形成し、下側歪み緩和層22上に面内寸法20nm×20nm×高さ20nmのInAs立方体形状の量子ドット30と量子ドット30の側面を囲む厚さ20nmのGaAs0.7P0.3サイドバリア24を形成し、量子ドット30とサイドバリア24の上に厚さ15nmのIn0.2Ga0.8As上側歪み緩和層23,GaAsコンタクト層12を形成する。まず、量子ドット30に働く歪みを計算した。図2Bは、歪み緩和層22,23がない場合とある場合の、量子ドット30中心を通る高さ方向の歪み分布を示すグラフである。横軸が、量子ドット中心を0とした時の高さzを単位nmで示し、縦軸がGaAs基板上で0である歪みを示す。高さzが-10nm~10nmの範囲がInAs量子ドット30の領域であり、その上下の厚さ15nmの領域が歪み緩和層22,23の領域である。面内歪みεxxと高さ方向歪みεzzを示す。破線が歪み緩和層22、23がなく、代わりにGaAs層がある場合の歪みを示し、実線が歪み緩和層22、23を形成した場合の歪みを示す。InAs量子ドットは、格子定数が大きく、歪み緩和層22、23がない破線の状態では、周囲から強い圧縮歪みを受ける。歪み緩和層22、23を設けると、実線で示すように、量子ドット内における面内歪みεxxも高さ方向歪みεzzも、減少することが明らかである。グラフに示す実線は、歪み緩和層22、23が厚さ15nmのIn0.2Ga0.8As層であるとした場合の結果である。歪み緩和層22、23の組成、厚さを変えると、その影響も変わる。図2Cは、InxGa1-xAs歪み緩和層22、23の組成xを0.1,0.2,0.3,0.4と変化させた場合の、歪み緩和層22、23の厚さに対する静水圧hydrostatic歪みεxxεyyεzzの変化を示すグラフである。横軸が歪み緩和層22、23の厚さを単位nmで示し、縦軸が量子ドット30中の静水圧歪みを示す。なお、縦軸は負の数であり、上に向かって絶対値が減少する。歪み緩和層22、23の厚さが増加すると、負の値である静水圧歪みの絶対値が減少する傾向は共通である。転位の発生により歪み緩和層22、23の層厚の上限が決まる。組成xが0.1の場合は、歪み緩和層22、23の厚さの増加に対する静水圧歪みの増加がゆるやかで飽和する傾向が見られる。組成xが0.2,0.3の場合、歪み緩和層22、23の層厚の増加に対する静水圧歪みの減少は顕著である。組成xが0.4の場合は、歪み緩和層22、23の層厚の増加に対する静水圧歪みの減少はより急峻であるが、転位の発生により制限される。量子ドットのバンドギャップは、Eg=Eg0aεxxεyyεzzと近似することができる。ここで、a<0は、変形ポテンシャルと呼ばれ、Eg0はバルク材料のバンドギャップである。上述のように、静水圧歪みεxxεyyεzzは、負の値であり、歪み緩和層22、23の厚さの増大と共に、絶対値は減少する。aεxxεyyεzzは、歪み緩和層22、23の厚さの増大と共に、減少する正の値となる。従って、単純近似では、歪み緩和層が導入されると、量子ドットのバンドギャップは小さくなる。発光波長や吸収波長が長波長化する。ここまでのシミュレーションは、サイドバリア24の組成はGaAs0.7P0.3であるとした。サイドバリア24の組成を変えれば、歪みの分布も変化する。GaAs1-yPyサイドバリア24の組成yを変化させた時、量子ドットの基底準位発光波長がどのように変化するかをシミュレーションした。図2Dは、GaAs1-yPyサイドバリアの組成yに対する、20nm×20nm×20nmのInAs量子ドット内のライトホールとヘビーホールの発光波長を示すグラフである。横軸がGaAs1-yPyサイドバリアの組成yを示し、縦軸が発光波長を単位μmで示す。歪み緩和層なしの場合を破線で示し、上下両方に厚さ15nmの歪み緩和層を設けた場合を実線で示す。歪み緩和層の導入により、ライトホールもヘビーホールも長波長化することが明らかである。上又は下の一方に厚さ15nmの歪み緩和層を設けた場合を点線で示す。上又は下の一方のみに歪み緩和層を設けると、上下に歪み緩和層を設けた場合の約半分の効果が得られることが判る。図1A,1Bの構成において、下側歪み緩和層22,上側歪み緩和層23の一方を省略する構成も可能であることが判る。一般に、歪み緩和層による波長伸び効果は、偏光依存性を持たない。ドットの形状にもよらない。ドット寸法にも限界はない。勿論、偏光無依存条件を満たすドット層は、寸法、組成などに制限がある。制限を満たす範囲内で、歪み緩和層を用いて偏光無依存素子を長波長化することになる。ライトホールの特性とヘビーホールの特性の交点は、偏光無依存状態を示す。歪み緩和層がない場合の偏光無依存はほぼy=0.20で生じているのに対し、上下に歪み緩和層を設けると偏光無依存はy=0.23で生じるようになる。歪み緩和層の導入が、偏光無依存に必要なサイドバリアの引張歪みを少し大きくすることが判る。図2Dの特性は、1.3μm以上の偏光無依存発光が可能になることを示している。波長伸び量は、サイドバリア組成yにほとんど拠らないことも判る。図2Dは、In0.2Ga0.8As歪み緩和層の厚さが15nmの場合である。歪み緩和層の組成、厚さを変化させれば、特性も変化する。図2Eは、InxGa1-xAs歪み緩和層の組成xを0.1,0.2,0.3,0.4に設定し、その厚さを変化させた時の偏光無依存ヘビーホールとライトホールのクロスオーバ波長の変化分Δλの歪み緩和層厚依存性を示す。InxGa1-xAs歪み緩和層のIn組成xが低い時、例えばx=0.1未満では、波長の伸びが飽和する傾向があり、歪み緩和層を厚くする意味が余りない。InxGa1-xAs歪み緩和層のIn組成xが0.2~0.3だと、波長伸び効果が著しく表れる。InxGa1-xAs歪み緩和層のIn組成xが0.4以上だと、波長伸び効果は顕著だが、転位で制限され有効な範囲が狭い。図2Fは、これらの結果からまとめたグラフであり、横軸がInxGa1-xAs歪み緩和層のIn組成xであり、縦軸がInxGa1-xAs歪み緩和層の厚さnmである。波長伸び効果が0.01μm以上あり、転位が発生しない範囲を有効領域として示す。量子ドットの発光波長を伸ばす効果がある歪み緩和層は、基板との格子不整合が0.7を越え、2.8以下の領域である。より具体的には、GaAs基板上に導入されるInxGa1-xAs歪み緩和層は、格子定数5.69398Å~5.81542Åの範囲となる。In組成xで表現すると、組成xは0.1~0.4の範囲となる。0.12~0.32がさらに好ましい。典型実施例としては、GaAs基板上、サイズ20nm×20nm×20nmのInAsドットがGaAs0.77P0.23サイドバリアで囲まれ、上下を厚さ15nmのIn0.2Ga0.8As歪み緩和層で挟みこまれる構造で、通信波長帯1.3μmの偏光無依存光電子素子を実現できるであろう。各種デバイス構造の活性的な部分を、以上説明した機能素子で置き換えることにより、実用的なデバイスが製造できる。例えば、GaAsバリア/AlGaAsクラッド/GaAsコンタクト層等で構成した導波路、キャビティの中に、歪み緩和層が量子ドットを挟みこむ活性領域を入れることにより、長波長化偏光無依存レーザや光増幅器を提供できる。図3A~3Dは、図1Aに示す単層量子ドット層の半導体装置の製造方法を示す断面図である。基板上の各層の成長は、分子線エピタキシmolecularbeamepitaxyMBEまたは有機金属化学気相堆積MOCVDによって行う。図3Aに示すように、GaAs基板10の上に、GaAsバッファ層11を成長し、その上に格子定数がGaAs基板の格子定数より大きく、InAsの格子定数より小さいInxGa1-xAs0<x<1の下側歪み緩和層22を成長する。組成xは0.4以下にし、転位限界を超えないようにする。図3Bに示すように、成長条件を調整して、InAs量子ドット30を作製する。例えば、S-Kモードで自己組織とする。他の方法の適用も可能である。図3Cに示すように、量子ドット30形成後、格子定数が基板より小さな半導体材料を堆積して、面内量子ドットの間にサイドバリアを形成する。例えばGaAsPサイドバリア24を成長する。GaAsPサイドバリア24の厚さは、InAs量子ドット30の高さと一致する。そのために、サイドバリアを成長した後、Inフラッシュなどの手段で、表面にドットの突出する部分を平坦に形成する。量子ドットとサイドバリアとが1つの層を形成する。図3Dに示すように、サイドバリア24を覆って、基板より格子定数の大きく、InAsの格子定数より小さい、例えばInxGa1-xAs0<x<1の上側歪み緩和層23を成長し、さらにその上にGaAsなどのコンタクト層12を形成する。なお、公知の種々の層をさらに組み合わせてもよい。量子ドットの高さ対幅の比を高くしたい場合には、コラムナ量子ドットを形成することが好ましい。図4Aに示すように、GaAs基板10の上に、GaAsバッファ層11を成長し、その上に格子定数がGaAs基板の格子定数より大きく、InAsの格子定数より小さいInxGa1-xAsの下側歪み緩和層22を成長する。基板上の各層の成長は、分子線エピタキシmolecularbeamepitaxyMBEまたは有機金属化学気相堆積MOCVDによって行う。下側歪み緩和層22の上に、InAs量子ドット30をS-Kモードの自己組織により作製する。図4Bに示すように、量子ドット30側面を覆うように、格子定数が基板より小さな半導体材料、例えばGaAsPサイドバリア24を成長する。図4Cに示すように、サイドバリア24の上にさらに量子ドット30を形成し、量子ドット側面をサイドバリア24で覆う。その上にさらに量子ドット30を形成し、量子ドット側面をサイドバリア24で覆う工程を必要数繰り返す。このようにしてコラムナ量子ドットを形成する。図4Dに示すように、コラムナ量子ドットの上に上側歪み緩和層23を形成し、その上にコンタクト層12を形成する。なお、上側歪み緩和層又は下側歪み緩和層を省略することも可能である。以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、例示した材料、数値は、例示であって、制限的なものではない。その他、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。"