日本大阪大学工学研究科市川修平准教授团队联合立命馆大学藤原康文教授，在室温电流传导条件下，成功研制出一种基于<stron>铽（Tb）掺杂氮化铝镓（AlGaN）的新型可见光LED。该器件在同一发光区域实现蓝（≈490 nm）、绿（≈550 nm）、黄（≈580 nm）、红（≈620 nm）四色同步发光，且各色峰值波长在电流调节过程中几乎无偏移——实测波长漂移量低于±0.3 nm，远优于传统InGaN基RGB LED常见的5–15 nm电流致红移现象。
这一突破直击当前Micro-LED量产的核心瓶颈：主流InGaN材料体系中，绿光与红光LED在电流密度升高时普遍出现显著波长漂移（即‘色漂移’），导致像素级色彩校准困难；因单一发光层仅能输出单色光，现有全彩Micro-LED显示屏必须依赖‘Pick-and-Place’方式将红、绿、蓝三颗独立芯片逐颗转移至背板，良率低、对位精度要求苛刻、成本居高不下。而本研究采用的Tb掺杂AlGaN方案，通过稀土离子4f内壳层跃迁机制发光，从根本上规避了半导体带边复合对注入电流的敏感性，使发光颜色由Tb³⁺能级结构决定，而非载流子浓度或结温变化。
器件制备沿用产业界成熟的金属有机物气相外延（MOVPE）工艺，与当前GaN基LED产线兼容。当AlGaN母体中铝组分提升至62%–68%时，Tb³⁺离子的激发效率显著增强——外部量子效率（EQE）较低铝组分样品提升达3.8倍，主因是Al含量提高优化了晶格匹配，促进能量从AlGaN宿主向Tb³⁺高效传递；进一步引入氮化铝（AlN）作为缓冲层后，基板与外延层间晶格失配降低，晶体质量提升，在Tb周围引入压缩应变，加快辐射跃迁速率，使整体发光强度与响应速度同步改善。实验还证实，仅需搭配标准RGB彩色滤光片，即可从同一微米级发光点中选择性提取任一原色光，无需物理分割像素区域。
该技术直接指向Micro-LED在AR/VR眼镜、智能手表等超紧凑终端的应用落地。目前主流Micro-LED方案受限于红光InGaN效率低、GaAs基红光外延与蓝绿芯片不兼容等问题，导致全彩单片集成迟迟未能商用。而Tb:AlGaN器件在单一外延生长步骤中即完成全色谱基础构建，理论上可省去三次外延、三次光刻及三次巨量转移工序，大幅降低制造复杂度与设备投资。AlGaN材料体系本身具备更高热导率与击穿场强，器件在高电流密度驱动下更耐热、寿命更长，适用于需持续高亮度输出的近眼显示场景。
对中国Micro-LED产业链而言，该成果提示两个关键采购与研发关注点：一是上游外延环节，需评估MOVPE设备对高Al组分AlGaN及稀土掺杂工艺的适配能力，特别是反应腔内Tb源材料（如Tb(C₅H₅)₃）的热稳定性控制与均匀掺杂精度；二是下游封装与驱动，由于四色同发特性，传统PWM调光策略需重构——建议优先验证基于电流幅值+脉宽协同调控的灰度控制算法，避免单纯调电流引发的色度坐标微扰。Tb属中重稀土，全球供应集中于中国与缅甸，国内厂商若跟进该技术路线，需提前布局高纯Tb靶材与掺杂前驱体供应链，警惕出口管制风险。
日本在GaN基光电子领域长期积累深厚，其产业界已形成以住友化学、日亚化学、丰田合成为核心的AlGaN外延与芯片制造集群，且高校—企业转化机制成熟——藤原康文教授即为立命馆大学孵化的初创企业IntraPhoton公司CTO，该公司正推进Tb:AlGaN材料的中试放大。相较之下，国内AlGaN紫外LED已量产，但可见光波段高Al组分外延仍以实验室水平为主，尤其在稀土掺杂均匀性与激活效率方面存在工艺代差。本案例凸显：Micro-LED全彩化路径不止于‘转移’，更在于‘材料本征创新’——单材料多色稳定发光，正在改写下一代显示技术的底层材料规则。