稀土掺杂GaN技术如何突破微LED红色显示瓶颈

日本次世代微led研发企业株式会社intraphoton宣布，其联合创始人兼cto、立命馆大学教授藤原康文，于2026年3月15日在东京科学大学大冈山校区举办的第73届应用物理学会春季学术讲演会上，荣获第16届应用物理学会化合物半导体电子学业绩奖——“赤崎勇赏”。藤原教授凭借“半导体内中心光物理学的理论创立与社会化实施”研究成果，特别是基于次世代红色微led技术的创新单片全彩微led显示实现，获得了业界高度认可。

“赤崎勇赏”是为了表彰在化合物半导体电子学领域取得显著研究成果的学者，由2014年诺贝尔物理学奖得主、青色led发明者赤崎勇博士于2009年京都赏获奖时，将部分奖金设立为基金而创立。藤原教授的研究成果被视为实现ar/vr等次世代显示领域所需超高清微led显示的重要技术基石。

藤原教授自1980年代初便致力于化合物半导体中金属元素的光物性研究，解明了电子态、结晶场及光学跃迁过程等基础物理机制。基于此，他开创了“半导体内中心光子学（semiconductor intracenter photonics）”这一全新研究领域，并推动了稀土元素发光led及单片全彩微led显示等基础技术的广泛应用。其研究从半导体中添加金属元素的光物性解析出发，成功将er（铒）与氧共掺杂的gaas中1.5μm波段发光强度提升了约100倍，并首次实现了基于gaas/gainp led的电注入er发光（1.54μm）。

随后，研究扩展至eu（铕）掺杂gan材料，揭示了宽禁带半导体中的能量传输机制。研究明确了eu发光中心的局域结构对能量传输效率的决定性作用，以及供体-受体缺陷共存带来的高效率发光、共掺杂元素对发光的控制、超晶格结构的量子限制效应及光子晶体谐振器的发光增强等关键物理机制。基于这些成果，开发了基于eu掺杂gan的窄带红色led，其发光半值宽度小于1nm，具备极高的波长均匀性、再现性及温度稳定性（0.001nm/k），被视为支撑超高清微led显示的次世代红色光源。

在微led全彩化技术路线上，行业主要经历了三代演进。第一代采用rgb物理堆叠方式，需分别制造并接合rgb芯片或晶圆，导致工艺复杂、成本高，且微细化后红色alingap led发光效率急剧下降，难以满足ar/vr对超高精度的需求。第二代采用ingan单片堆叠，虽解决了物理堆叠问题，但红色ingan需高in组分，导致晶格失配、缺陷增加、波长波动大（10-20nm）及微细化后侧壁缺陷影响显著等问题，且难以在大尺寸晶圆上保证波长均匀性。

intraphoton提出的第三代架构——gan:eu单片堆叠，则从根本上解决了上述难题。gan:eu材料在保持gan母体结晶结构的同时发光，无需高in组分，因此可在高温下生长出高品质晶体。由于eu的发光源于4f壳层内跃迁，其波长由稀土元素本身决定，而非晶格参数，因此具有极小的波长波动和高稳定性，非常适合大尺寸晶圆量产。此外，高温生长特性允许采用“红（高温）→蓝（高温）→绿”的堆叠顺序，将面积需求zui大的红色led置于底层，大幅提升了亮度设计的自由度。这一技术有望实现兼具高精度与高亮度的革命性单片全彩微led显示。

藤原教授在获奖感言中感谢了长期支持其研究的学界同仁，并表示将把“半导体内中心光子学”的研究成果从学术论文推向社会应用，依托2025年10月成立的intraphoton公司加速技术落地。对于中国显示产业而言，这一突破提示了在微led红色发光材料上，跳出传统ingan路径依赖、探索稀土掺杂等新材料体系的重要性。随着ar/vr设备对显示分辨率要求的不断提升，掌握此类底层材料创新能力的企业，将在下一代显示技术竞争中占据关键优势。