"ナノスケールのビーム構造によるキャビティを備えたナノキャビティレーザであって、前記キャビティは、所定周期で形成された孔を備えた二つのミラー領域と、該二つのミラー領域で挟まれたキャビティ領域と、を有し、前記キャビティ領域は、電源からのキャリアが注入される活性層と、発振周波数の光子エネルギーよりも広いバンドギャップをもつワイドギャップ半導体と、を備えると共に、前記ワイドギャップ半導体に、キャリア分布を発生させるキャリア分布発生手段を備え、前記キャリア分布発生手段によるキャリア分布の発生により、キャビティモードを崩すことなく、キャビティの損失を制御することを特徴とするナノキャビティレーザ。前記ワイドギャップ半導体は、n型にドープされていることを特徴とする請求項1に記載のナノキャビティレーザ。前記ミラー領域の孔の周期をa、前記キャビティ領域の長さをc、前記キャビティ領域の中心を原点としナノビームと平行する座標をzとするとき、1前記aと前記cとが、N0.25<c/a<N0.75N:整数の関係を満たす場合において、前記ワイドギャップ半導体は、-1/4m<z/a<1/4mm:整数の関係を満たす位置に設けられ、2前記aと前記cとが、N0.75<c/a<N1.25N:整数の関係を満たす場合において、前記ワイドギャップ半導体は、1/4m<z/a<3/4mm:整数の関係を満たす位置に設けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のナノキャビティレーザ。前記キャリア分布発生手段は、1n型にドープされた前記ワイドギャップ半導体と接するp型半導体と、前記ワイドギャップ半導体と該p型半導体との間に電圧を印加する電源、2n型にドープされた前記ワイドギャップ半導体と接するアンドープ半導体と、前記ワイドギャップ半導体と該アンドープ半導体との間に電圧を印加する電源、3n型にドープされた前記ワイドギャップ半導体と誘電体を介して接する金属と、前記ワイドギャップ半導体と該金属との間に電圧を印加する電源、のいずれかの電源であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のナノキャビティレーザ。前記ワイドギャップ半導体に逆バイアスで電圧を印加し、レーザ発振させることを特徴とする請求項1から4のいれか1項に記載のナノキャビティレーザ。前記レーザの発振波長をλ、前記ワイドギャップ半導体の屈折率をnとするとき、前記ワイドギャップ半導体の厚さはλ/2nまたはその整数倍であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のナノキャビティレーザ。前記レーザの発振波長をλ、ワイドギャップ半導体の屈折率をnとするとき、前記ワイドギャップ半導体には、λ/2nまたはその整数倍の周期での周期構造の加工が施されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のナノキャビティレーザ。しかし、ナノキャビティレーザは、高出力のパルス光を発生させるためのQスイッチにおいて、以下に説明する課題を有している。図12aおよび図12bでは、ナノビームキャビティ上にゲインを得るための電極1101と、吸収を制御するための電極1102とが設けられている。電極1101と電極1102との距離は、数100nmである。しかし、電流の拡散距離は一般にマイクロメートル以上のオーダーであるため、図12aの構成においてナノビームレーザをQスイッチで駆動しようとしても、電極1101および電極1102で別々に注入された電流は活性層1106に至る前に拡散してしまう。よって、活性層1106を、ゲインを与える領域とキャビティにエネルギー損失を与える領域とに分割することはできない。すなわち、図12aの構成で、Qスイッチでレーザ発振を行うことができない。図12bでは、二つの電極から注入された電流を分離するための絶縁壁図では、空壁が設けられている。しかし、このような活性層を分離する絶縁壁は、キャビティの内部に大きな屈折率分布を与えるため、キャビティの内部に閉じ込められた電場キャビティモードを崩してしまう。吸収飽和を用いたQスイッチは、吸収を制御する領域が活性層と同じエネルギーギャップE=hυをもっている必要がある。そのような吸収を与える領域の構造は複雑とならざるを得ないため、サブミクロン長しかないナノビームキャビティの中に、そのキャビティモードを崩すことなく製作することは難しい。本発明は、上記課題を鑑み、キャビティモードを崩すことなくQスイッチでのレーザ発振が可能となるナノスケールのビーム構造によるキャビティを備えたナノキャビティレーザの提供を目的とする。本発明のナノキャビティレーザは、ナノスケールのビーム構造によるキャビティを備えたナノキャビティレーザであって、前記キャビティは、所定周期で形成された孔を備えた二つのミラー領域と、該二つのミラー領域で挟まれたキャビティ領域と、を有し、前記キャビティ領域は、電源からのキャリアが注入される活性層と、発振周波数の光子エネルギーよりも広いバンドギャップをもつワイドギャップ半導体と、を備えると共に、前記ワイドギャップ半導体に、キャリア分布を発生させるキャリア分布発生手段を備え、前記キャリア分布発生手段によるキャリア分布の発生により、キャビティモードを崩すことなく、キャビティの損失を制御することを特徴とする。本発明によれば、キャビティモードを崩すことなくQスイッチでのレーザ発振が可能となるナノスケールのビーム構造によるキャビティを備えたナノキャビティレーザを実現することができる。以下、本発明の実施形態におけるナノスケールのビーム構造によるキャビティを備えたナノキャビティレーザの構成例について説明する。[実施形態1]実施形態1として、本発明の構成を適用したナノキャビティレーザの構成例について、図1を用いて説明する。図1aおよびbは、本実施形態におけるナノキャビティレーザの上面図および断面図である。本実施形態において、ナノキャビティレーザは、ナノビームキャビティ106、活性層109、キャリア拡散領域図示せず、電極図示せず、励起電源107、ワイドギャップ半導体101、およびキャリア分布発生手段とを備えている。ナノビームキャビティ106は、所定周期aで加工された同一半径の孔を結んだミラー領域104を含んでいる。また、ナノビームキャビティ106はミラー領域104により挟まれたキャビティ領域105を含んでいる。このキャビティ領域105には、ミラー領域104の孔と異なる周期または異なる半径をもつ孔が加工されていてもよい。このキャビティ領域105は、活性層109の少なくとも一部を含んでいる。活性層109は、レーザの発振周波数υに対応するバンドギャップエネルギーE=υhを有している。ワイドギャップ半導体101は、活性層109よりも大きいバンドギャップを有している。発振周波数υが近赤外から可視光に対応する場合、活性層109には、GaAs系の材料、または有機体薄膜を用いることができる。また、Qスイッチを利用したレーザ発振には自然放出レートが遅い活性層の方が有利であるため、活性層109はシリコン系化合物半導体、またシリコン系化合物半導体からなるナノ粒子を含んでもよい。このとき、ワイドギャップ半導体101は、InO,SnO、またはZnOなどの酸化物ワイドギャップ半導体であることができる。ワイドギャップ半導体101はドープされており、電子もしくはホールをキャリアとして有している。近赤外もしくは可視光でレーザ発振する場合、ドープされるキャリア密度は1×1019以上である。キャリア密度が1×1020以上である場合、先に挙げた酸化物ワイドギャップ半導体InO,SnO、またはZnOのドープはn型であることが望ましい。本実施形態において、キャリア分布発生手段は、ワイドギャップ半導体と接する異なる導電型の半導体領域102とスイッチ電源103とからなる。ワイドギャップ半導体101がn型にドープされている場合、それに接する半導体領域102はp型またはアンドープである。スイッチ電源103はワイドギャップ半導体101と半導体領域102との間の電位差を制御する。ナノビームキャビティ106の材料には、GaAs系、GaN系またはSi系の半導体を用いることができる。例えば、シリコンを用いたナノビームキャビティにおいて、レーザ発振の波長が約1.5nmの場合、ナノビームキャビティは幅約500nm、高さ約260nmであり、ミラー領域に加工された孔は、直径約180nm、周期約350nmである。このとき、活性層109は、Erドープシリコンや、GaAs系の半導体などを材料として含むことができる。以下、図1および図2を用いて、本実施形態によるナノキャビティレーザの動作を説明する。以下の説明では、ワイドギャップ半導体はn型にドープされている。電源107より電極に注入された電子およびホールは、拡散領域を移動し、活性層109に運ばれる。この活性層109内での電子/ホールペア密度が或る値を超えると、活性層109はゲインを生じる。図2aは、Qスイッチがオフの状態、すなわちナノビームキャビティにエネルギー損失が与えられているときの、ワイドギャップ半導体およびキャリア分布発生手段を表わす。図2aでは、ワイドギャップ半導体101と半導体102との間には、電圧が印加されていない。このとき、半導体102に接するワイドギャップ半導体101には、ナノビーム幅203よりも狭い空乏領域201が形成されている。図2bは、Qスイッチがオンの状態の、ワイドギャップ半導体およびキャリア分布発生手段を表わす。図2bでは、ワイドギャップ半導体101と半導体102との間には、ワイドギャップ半導体の電位が高くなるように電圧逆バイアスが印加されている。このとき、半導体102に接するワイドギャップ半導体101には、電圧が印加されなかったときよりも幅の広い空乏領域201が形成される。図2cは非空乏領域202のエネルギーバンドと電子を、図2dは空乏領域201のエネルギーバンドと電子をそれぞれ表わしている。図2cで示されるように、非空乏領域202では、伝導帯バンド302近傍の不純物準位は電子301で埋まっている。このような電子は自由電子と良く似た挙動を示し、広い波長域で自由電子吸収と呼ばれる吸収を引き起こす。一方、図2dで示されるように、空乏領域201では、不純物準位の電子は電圧の印加によって移動し、殆ど存在しない。また、価電子帯のトップと不純物準位および伝導帯とのエネルギーギャップ305は、E=hυよりも大きいため、ギャップ間での光の吸収はレーザの動作に影響を与えない。よって、空乏領域の吸収は非空乏領域よりも小さくなる。図3は、キャリア密度すなわち電子密度を変えたときのITOの吸収損失係数αを波長に対してプロットしたものである。図3より、キャリア密度が変化すると、広い波長域で吸収が大きく変わることが分かる。バンドギャップ間の吸収飽和を用いた場合と異なり、このような自由電子吸収を用いた方法は、広い波長域でキャビティの損失を制御することができる。非空乏領域では、キャリア密度はドープによるキャリア密度にほぼ等しく、例えば1×1019/cm3以上である。また、空乏領域では、キャリア密度は非空乏領域のキャリア密度より低く、たとえば1×1019/cm3より少ない。よって、図2aで示されるように、ナノビーム幅203の中で、ワイドギャップ半導体101の大部分が非空乏領域202である場合、キャビティには大きな吸収損失が与えられる。一方、図2bで示されるように、逆バイアス印加されたとき、ナノビーム幅203の中のワイドギャップ半導体の大部分は空乏領域201である。このとき、キャビティのエネルギー損失は抑えられる。また、図1に示したナノビームキャビティにおいて、図2bに示すワイドギャップ半導体がある場合と、図10に示すようにワイドギャップ半導体が無い場合のナノビームキャビティとのQ値は、共に15000以上であった。これは、本発明の構成がキャビティのモードに与える影響が少なく、レーザ発振に必要なキャビティモードが保たれていることを示す。このように、本発明によれば、光が閉じ込められたキャビティモードを崩すことなく、キャビティ領域に置かれたワイドギャップ半導体のキャリア分布を生じさせることによって、キャビティの損失を制御することができる。このキャビティの損失の制御は、ナノキャビティレーザをQスイッチで駆動することを可能とする。以上で説明したように、ワイドギャップ半導体およびその内部にキャリア分布を生じさせる手段は、飽和吸収のように吸収領域のバンドギャップを発振周波数の光子エネルギーE=hυと一致させる必要がない。すなわち、従来例のように、活性層の一部を吸収領域に用いることなく、ナノからミクロンサイズのキャビティに損失を与えることができる。よって、活性層にキャビティモードを崩す構造、すなわち屈折率分布を生じさせないことから、高いQ値を保ったままキャビティモードの損失を制御でき、ナノキャビティレーザのQスイッチでの駆動を可能とする。[実施形態2]実施形態2として、上記実施形態1と異なる形態のナノキャビティレーザの構成例を、図4を用いて説明する。本実施形態のナノキャビティレーザは、図4に示すように、周期aで並んだ半径rの孔の中心を結ぶミラー領域104と、そのミラー領域で挟まれたキャビティ領域105とからなるナノビームキャビティ106を有する。本実施形態では、ミラー領域の孔の周期aとキャビティの長さcとは、N0.25<c/a<N0.75N:整数の関係を満たしており、ワイドギャップ半導体は、-1/4m<z/a<1/4mm:整数を満たす位置に設けられている。ここで、座標zはキャビティ領域の中心を原点としナノビームと平行する。図中の白矢印は、-1/4m<z/a<1/4mm:整数を満たす位置を表わしている。図5aは、c/a=8.6となるナノビームキャビティと、ワイドギャップ半導体101とを表わしている。ワイドギャップ半導体の幅は100nmである。図5bは、図5aに示したナノビームキャビティにおけるワイドギャップ半導体の位置zと、キャビティモードのQ値との関係を表わす計算結果である。計算ではワイドギャップ半導体のキャリアによる自由電子吸収は無視している。すなわち、図5bのQ値の変化はワイドギャップ半導体101の散乱によるものであり、Q値が大きいほどキャビティモードの乱れが小さいことを表わしている。図5bにおいて、キャビティモードのQ値は、キャビティ領域の中心で極大をとり、ミラー領域の孔の周期aとほぼ同周期で変化する。図中、白矢印は、-1/4m<z/a<1/4mm:整数を満たす領域を表わす。よって、ミラー領域の孔の周期aとキャビティの長さcとが、N0.25<c/a<N0.75N:整数の関係を満たしているナノビームキャビティでは、ワイドギャップ半導体を、-1/4m<z/a<1/4mm:整数を満たす位置に設けることにより、キャビティモードの乱れを少なくすることができる。キャビティ領域内には、ミラー領域と直径または周期の異なる孔を加工することも可能である。これはミラー領域とキャビティ領域との境界における散乱を防ぐための構造であり、本実施形態の構成はこのキャビティ領域内の孔の有無およびその形状によらない。[実施形態3]実施形態3として、上記各実施形態と異なる形態のナノキャビティレーザの構成例を、図6を用いて説明する。本実施形態のナノキャビティレーザは、図6に示すように、周期aで並んだ半径rの孔の中心を結ぶミラー領域104と、そのミラー領域で挟まれたキャビティ領域105とからなるナノビームキャビティ106を有する。本実施形態では、ミラー領域の孔の周期aとキャビティの長さcとは、N0.75<c/a<N1.25N:整数の関係を満たしている。また、ワイドギャップ半導体は、1/4m<z/a<3/4mm:整数を満たす位置に設けられている。ここで、座標zはキャビティ領域の中心を原点としナノビームと平行する。図中の白矢印は、1/4m<z/a<3/4mm:整数を満たす位置を表わしている。図7aは、c/a=7.1となるナノビームキャビティと、ワイドギャップ半導体101とを表わしている。ワイドギャップ半導体の幅は100nmである。図7bは、図7aに示したナノビームキャビティにおけるワイドギャップ半導体の位置zと、キャビティモードのQ値との関係を表わす計算結果である。計算ではワイドギャップ半導体のキャリアによる自由電子吸収は無視している。すなわち、図7bのQ値の変化はワイドギャップ半導体101の散乱によるものであり、Q値が大きいほどキャビティモードの乱れが小さいことを表わしている。図7bにおいて、キャビティモードのQ値は、キャビティ領域の中心で極小をとり、ミラー領域の孔の周期aとほぼ同周期で変化する。図中、白矢印は、1/4m<z/a<3/4mm:整数を満たす領域を表わす。よって、ミラー領域の孔の周期aとキャビティの長さcとが、N0.75<c/a<N1.25N:整数の関係を満たしているナノビームキャビティでは、ワイドギャップ半導体を、1/4m<z/a<3/4mm:整数を満たす位置に設けることにより、キャビティモードの乱れを少なくすることができる。キャビティ領域内には、ミラー領域と直径または周期の異なる孔を加工することも可能である。これはミラー領域とキャビティ領域との境界における散乱を防ぐための構造であり、本実施形態の構成はキャビティ領域内の孔の有無およびその形状によらない。[実施形態4]実施形態4として、ナノキャビティレーザにおける、ワイドギャップ半導体およびキャリア分布発生手段の構成例について、図8を用いて説明する。本実施形態のワイドギャップ半導体101はn型にドープされており、数ナノ~数十ナノメートルの厚さの誘電体層901を介して金属領域902と接している。誘電体層901は、SiO、SiNなどであってよく、金属領域902はAu、Ag,Cuなどを含むことができる。近赤外および可視光で発振するナノキャビティレーザでは、ワイドギャップ半導体201は、GaN系半導体、GaAs系半導体、および酸化物半導体を含むことができる。ワイドギャップ半導体101と金属領域902とは、その間に電圧を印加できるように、スイッチ電源103が接続されている。スイッチ電源103より電圧が印加されていないとき、ワイドギャップ半導体101の空乏領域201は、ナノビーム幅203よりも十分狭く、非空乏領域のキャリアの吸収によりナノビームキャビティにはエネルギー損失が与えられている。一方、ワイドギャップ半導体の電位が高くなるように電圧が印加されている場合すなわち、逆バイアス、ワイドギャップ半導体の空乏領域201の幅が広がる。このとき、ナノビーム幅203の中で、非空乏領域202は減少または消失する。その結果、ナノビームキャビティの損失は減少する。本実施形態によれば、p型にドープされた半導体を使用しないキャリア分布発生手段を提供することができる。また、アンドープ半導体を使用した場合よりも、ワイドギャップ半導体の広い領域でキャリア分布を生じさせることができる。よって、本実施形態のキャリア分布発生手段は、次のいずれかの手段を用いることができる。すなわち、1n型にドープされたワイドギャップ半導体と接するp型半導体と、ワイドギャップ半導体と該p型半導体との間に電圧を印加する電源、2n型にドープされたワイドギャップ半導体と接するアンドープ半導体と、ワイドギャップ半導体と該アンドープ半導体との間に電圧を印加する電源、3n型にドープされたワイドギャップ半導体と誘電体を介して接する金属と、ワイドギャップ半導体と該金属との間に電圧を印加する電源、のいずれかの電源を用いることができる。ワイドギャップ半導体101がp型のドープがより困難な酸化物ワイドギャップ半導体を含む場合には、上記3の電源がより効果的である。[実施形態5]実施形態5として、ナノキャビティレーザにおける、ワイドギャップ半導体101およびキャリア分布発生手段の構成例について、図9aを用いて説明する。ワイドギャップ半導体101には、実施形態1-4で説明したいずれかのキャリア分布発生手段1002、1003が取り付けられている。図9aにおいて、本実施形態のワイドギャップ半導体101の厚さは、レーザの発振波長λの1/2n倍λ/2nまたはその整数倍である。nはワイドギャップ半導体101の屈折率である。このとき、ワイドギャップ半導体101に侵入した光1004は、ワイドギャップ半導体101の境界により多重反射を生じる。本実施形態の条件によれば、ワイドギャップ半導体101の内部の電磁場分布が強められるように多重反射が生じるため、ワイドギャップ半導体のキャリアによる吸収効果を高めることができる。[実施形態6]図9bは、実施形態6のナノキャビティレーザにおける、ワイドギャップ半導体101およびキャリア分布発生手段を表わす断面模式図である。ワイドギャップ半導体には、実施形態1-4で説明したいずれかのキャリア分布発生手段が取り付けられている。図9bにおいて、本実施形態のワイドギャップ半導体101は、レーザの発振波長λの1/2n倍λ/2nまたはその整数倍の周期での周期構造1005の加工が施されている。nはワイドギャップ半導体101の屈折率である。このとき、ワイドギャップ半導体101に侵入した光は、この周期的な加工により多重反射を生じる。本実施形態の条件によれば、ワイドギャップ半導体101の内部の電磁場分布が強められるように多重反射が生じるため、ワイドギャップ半導体101のキャリアによる吸収効果を高めることができる。以上のとおり、本実施形態ではキャビティ領域内にキャビティのエネルギー損失を制御するワイドギャップ半導体を置き、キャリア分布発生手段によってワイドギャップ半導体のキャリア分布、すなわち空乏領域と非空乏領域とを制御するように構成される。これによって、キャビティモードを崩すことなくナノキャビティレーザをQスイッチで駆動することが可能となる。"