조용훈 연구실은 반도체 나노구조, 특히 III-질화물(III-nitride) 및 다양한 반도체 양자점(Quantum Dot), 양자선(Quantum Wire), 양자우물(Quantum Well) 구조를 기반으로 한 차세대 양자광원 및 포토닉스 연구를 선도하고 있습니다. 연구실은 InGaN/GaN, AlGaN/GaN 등 다양한 조성의 나노구조를 성장 및 제어하여, 단일 광자 방출기(Single Photon Emitter), 고효율 발광 다이오드(LED), 레이저, 그리고 양자정보통신에 활용 가능한 광소자 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 위치 제어가 가능한 단일 양자점 및 3차원 구조체(예: 피라미드, 나노와이어, 나노로드 등)를 이용하여, 높은 광추출 효율과 우수한 단광자 순도를 갖는 양자광원을 구현하고 있습니다. 이를 위해 금속유기화학기상증착법(MOCVD) 등 첨단 성장기술과 나노패터닝, 집속이온빔(FIB) 공정, 플라즈모닉 구조 결합 등 다양한 나노가공 및 집적 기술을 융합하여, 실온에서 안정적으로 동작하는 양자광원 및 집적형 광소자 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 양자정보통신, 양자컴퓨팅, 고성능 광센서, 차세대 디스플레이 등 다양한 첨단 응용 분야에 직접적으로 기여하고 있습니다. 연구실은 단일 광자 방출의 순도 향상, 광자-플라즈몬 결합, 광섬유 결합형 양자광원, 집적형 양자포토닉스 회로 등 다양한 주제를 다루며, 국내외 유수 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 실용화 및 상용화 연구도 활발히 진행 중입니다.

본 연구실은 고효율, 다기능 반도체 광소자 개발을 위한 기초 및 응용 연구를 폭넓게 수행하고 있습니다. 특히, 마이크로 LED, 나노 LED, 백색 LED, 자외선(UV) 및 가시광 발광 다이오드, 레이저 다이오드, 광센서 등 다양한 광소자 구조를 설계하고, 성장 및 집적 공정 기술을 개발하여, 차세대 디스플레이, 조명, 센서, 바이오이미징 등 다양한 분야에 적용하고 있습니다. 연구실은 3차원 구조체(도데카고날 링, 피라미드, 마이크로로드 등) 기반의 무형광체 백색 LED, 고색순도 풀컬러 마이크로 LED, 메타표면 기반 색변환층, 플라즈모닉 나노구조와 결합된 광소자 등 혁신적인 소자 구조를 제안하고 있습니다. 또한, 집속이온빔을 이용한 마이크로 LED 픽셀화, 나노포커스 핀스팟(NFP) 기법을 통한 단일 양자점 선택 및 집적, 광섬유/집적광학회로와 결합된 양자광소자 등 다양한 집적 및 패터닝 기술을 개발하여, 소자의 집적도와 효율을 극대화하고 있습니다. 이와 더불어, 반도체 광소자의 효율 저하(드룹) 현상, 표면 플라즈몬 공명, 결함 제어, 스트레인 공학, 광추출 효율 향상 등 소자 성능을 좌우하는 다양한 물리적 현상에 대한 심층 분석과 최적화 연구도 병행하고 있습니다. 이러한 연구는 반도체 조명, 디스플레이, 환경/바이오 센서, 양자정보기술 등 다양한 산업 및 학문 분야에 실질적인 파급효과를 창출하고 있습니다.