Group III-nitride semiconductors have been received much attention for optoelectronic devices. These include manipulation of emission wavelength from ultraviolet (~210 nm) to near infrared (~1.7 μm) via quaternary alloy $Al_xGa_{1-x}In_yN$, p-type doping and large exciton binding energy. In particular, semiconductor quantum dots (QDs) possess a variety of attractive properties for classical and quantum light source. In this dissertation, we proposed the group III-nitride QDs grown on three-dimensional structures for broadband ultraviolet light emitter and single photon emitter, respectively. For the broadband ultraviolet light emitter, we fabricated ensemble GaN QDs grown on hexagonal truncated pyramid structures. Consequently, it ultimately rendered a broadband ultraviolet spectrum range covering from ~400 nm to ~270 nm with high efficiency. For the single photon emitter, we fabricated single InGaN QD grown on nano-pyramid structure. We successfully demonstrated single photon emitter with improved linewidth broadening. We proposed desirable structure design using photoelectrochemical etching method for the improvement of single photon purity even at the elevated temperature. We expect our works can ignite new interests for the community and expand the horizon for QD applications ranged over classical and quantum area.
질화물 반도체는 $Al_xGa_{1-x}In_yN$ 조성비 변화를 통해 자외선 (~210 nm)부터 근자외선 (~1.7 μm)까지 파장을 가변 시킬 수 있고, 전기구동 가능성과 엑시톤 결합에너지가 크다는 장점이 있다. 특히, 질화물 반도체 양자점의 경우에는 양자효율 높고, 단일 광자 광원으로 제작이 가능한다는 점 때문에, 고전광원과 더불어 양자광원으로써 두루 각광받고 있다. 본 학위 논문에서는 질화물 반도체 양자점과 3차원 반도체 구조를 결합하여, 광대역 자외선 광원과 단일 광자 광원을 제작하고 체계적인 분석을 진행하였다. 광대역 자외선 광원의 경우에는, 육방형의 뿔대 구조체 위에 여러 개의 GaN 양자점을 형성하고 이로부터 ~270 nm부터 ~400 nm에 이르는 광대역 자외선발광을 구현하였다. 단일 광자광원의 경우에는, 끝이 뾰족한 피라미드 구조체 위에 단일 InGaN 양자점을 형성하였다. 결과적으로, 동질성 선폭이 크게 향상된 단일 광자 광원을 구현하였다. 마지막으로, 광전기화학 식각공정을 통해 단일광자광원의 순도를 높일 수 있는 구조를 제안하였다. 이 결과를 바탕으로 근본적인 이해도와 더불어, 응용분야를 발광 다이오드부터 양자정보처리 응용분야까지 널리 아우르며 확장할 수 있을 것이라 기대한다.
