Semiconductor quantum dot-based quantum emitter is physically and chemically stable and shows excellent characteristics in terms of brightness and indistinguishability. Moreover, since it is easy to combine with various optical and electrical devices, it is spotlighted as a core platform for quantum photonic technology. However, in the process of forming quantum dots, unwanted emitters are also frequently generated around the quantum dots, which may reduce the purity of a quantum emitter. In this dissertation, we exploit a technique of site-selective luminescence quenching at unwanted emissions using a focused-ion-beam. The effects of various parameters such as the types of ion and temperatures used in the focused-ion-beam on the crystal structure were analyzed from various angles. Through this technique, the single-photon purity of the quantum dot-based quantum emitter combined with the photonic structure has been improved, and the quantum emitter could be driven even at a relatively high temperature. Furthermore, it was possible to lower the density of luminous quantum dots without destroying the structure of the high-density quantum dots. This enables the combination of single quantum dots and integrated circuits, which was only possible with conventional low-density quantum dots. The focused-ion-beam-based nanoscale quenching technique proposed in this dissertation is expected to open up new possibilities as an ideal quantum emitter for various platforms that were previously limited in terms of single-photon purity.
반도체 양자점 기반 양자광원은 물리화학적으로 안정적이며 밝기와 구분불가능성 측면에서 뛰어난 특성을 보인다. 게다가 다양한 광학 및 전기 소자와의 결합까지 용이하기 때문에 양자포토닉스 기술의 핵심소재로 각광받고 있다. 하지만 양자점이 형성되는 과정에서 주위에 원치 않는 발광체도 같이 생성되는 경우가 많이 발생하며 이는 양자점이 양자광원으로써 작동함에 있어 광순도를 낮추는 영향을 미친다. 본 학위논문에서는 집속이온빔을 활용하여 원치 않는 위치에서의 발광을 선택적으로 억제하는 기술에 대해 고찰한다. 집속이온빔에 활용되는 이온의 종류와 온도 등 여러 요소들이 소광현상을 비롯한 결정구조에 미치는 영향에 대해 다각도로 분석하였다. 이 기술을 통해 광학구조체와 결합된 양자점 기반 양자광원의 단광자순도가 향상되었고, 비교적 고온에서도 양자광원을 구동할 수 있게 되었다. 더 나아가 고밀도 양자점에서 구조를 파괴하지 않으면서 발광하는 양자점의 밀도를 낮출 수 있었다. 이는 기존의 저밀도 양자점에서만 가능했던 단일 양자점과 집적회로와의 결합을 가능하게 한다. 본 학위논문에서 제안하는 집속이온빔 기반 나노스케일 소광기법은 기존에 단광자순도 측면에서 제한을 받던 여러 플랫폼들에게 이상적인 양자광원으로서 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대한다.
