적색 마이크로 LED(μ-LED)는 차세대 디스플레이를 위한 막대한 잠재력을 지니고 있으나, 특히 소형 크기에서의 효율은 여전히 중대한 과제로 남아 있다. 이를 해결하기 위해 우리는 국소화된 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR)을 활용하여 적색 μ-LED의 성능을 극적으로 향상시키는 새로운 접근법을 제안한다. 우리의 전략은 정밀하게 설계된 나노홀 패턴에 막대형 Au 나노입자를 통합하는 것을 포함한다. 이 나노입자들을 능동 영역과의 LSPR 결합이 최적으로 되도록 배치함으로써, 광 추출 효율의 유의미한 향상과 복사(방사) 재결합률의 감소를 동시에 달성한다. 또한 표면 결함을 효과적으로 패시베이션하기 위해 화학적 처리를 수행하여 비복사 재결합 손실을 최소화한다. 이러한 상승적(synergistic) 접근은 광학 출력과 전기발광 강도 모두에서의 큰 증가를 이끌어 적색 μ-LED 성능의 한계를 확장한다. 나노홀 패턴을 적용한 μ-LED 칩은 무처리(bare) μ-LED에 비해 50 A/cm2에서 광학 출력이 약 2.32배 높고, 전기발광은 약 8.96배 높다. 나노홀 패턴 μ-LED에서 관찰된 낮은 수명 0.348 ns는, 빠른 LSP 채널을 통한 다중 양자우물(multi-quantum wells)에서의 높은 에너지 결합 효율(67%)과 함께, 본 새로운 접근의 근본 메커니즘을 설명해준다. 본 연구 결과는 고효율·고집적 적색 μ-LED를 구현하기 위한 유망한 경로를 제공하며, 더 우수한 휘도, 색 순도 및 에너지 효율을 갖춘 고급 디스플레이 기술로의 전환을 가능하게 할 것으로 기대된다.

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