Epitaxial semiconductor quantum dots (QDs) have been attractive to a quantum light source that emits a single photon as well as a polarization entangled photon pair because the QD can imitate the energy structure of an atom. Specifically, in principle, nitride QDs contribute toward polarization entanglement because of six-fold in-plane rotational symmetry and strong carrier confinement. However, the irregular shapes of the QD from the self-assembly method lower symmetry, which limits the demonstration of the polarization entanglement. In this thesis, the method for the formation of a three-fold symmetric group III-nitride quantum using a self-limited growth mechanism was investigated. The three-dimensional pyramidal structures were formed with selective area growth during a metalorganic chemical vapor deposition. In particular, the morphology evolution of unconventional triangular GaN pyramids was investigated. Moreover, the width of the finite truncation was controlled at the apex of the pyramid under the self-limited growth mechanism, and the triangular nitride QD was formed at the truncation. The triangular QD exhibit the suppression of fine structure splitting as compared to the previous self-assembled QDs. The calculation results support the optical property of QD, which is based on the k∙p theoretical model accompanied by a configuration interaction method. As a result, the control of the symmetry of nitride QD is available through the method proposed in this thesis. Therefore, this work suggests that a polarization-entangled photon emitter can be realized using a group III-nitride QD in the future.
박막증착 방식의 반도체 양자점은 원자의 에너지 구조를 모사할 수 있기 때문에, 최근에 단일광자 발생기뿐만 아니라 편광얽힘 광자쌍 발생기로써 주목받고 있다. 질화물반도체 양자점은 육각결정대칭성과 큰 양자구속효과로 인해 이론적으로 상온동작 가능한 편광얽힘 광자쌍을 발생시킬 수 있지만, 자발형성방식으로 양자점 제작 시 불균질성 때문에 대칭성이 쉽게 붕괴되어 편광얽힘 광자쌍으로 응용이 제한되는 상태이다. 본 학위논문에서는 삼차원 나노구조체에 자기제한성장법을 적용하여 삼각대칭성을 갖는 질화물반도체 양자점 형성에 관하여 고찰한다. 금속유기화학증착법을 이용해 영역제한성장기법을 사용함으로써 피라미드 형태의 삼차원 구조체를 제작하고, 일반적으로 형성되지 않는 삼각피라미드의 형태를 제어하였다. 여기에 자기제한성장법을 적용하여 꼭지점에 수십 나노미터 수준의 삼각 단면을 만들고, 이를 바탕으로 삼각대칭성을 갖는 질화물 반도체 양자점을 형성하였다. 제작된 삼각대칭적 양자점에서 기존의 자발형성 양자점과 다르게 미세구조분리 현상이 줄어든 것을 관찰하고, 이론적 계산을 통하여 양자점의 모양에 대하여 분석하였다. 나아가, 본 학위논문에서 제안된 방법론을 통하여 질화물 반도체 양자점의 대칭성 문제를 해결할 수 있으므로, 질화물반도체 양자점이 편광얽힘 광자쌍 발생기로써 응용될 수 있음을 제안한다.
