中国第三代半导体的崛起

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法国的半导体市场调查公司――Yole Développement旗下的知识产权（IP, Intellectual Property，以下简称为“IP”）调查公司――KnowMade近期公布了GaN-on-Si相关的专利申请动向的文章，《硅基氮化镓专利情况分析2020版（GaN-on-Si Patent Landscape Analysis 2020）》。文章指出，以日本企业为中心的传统企业的IP获取数量逐步减少，取而代之的Intel、中国的新兴企业等的专利数量不断增加。

GaN-on-Si（硅基氮化硅，包括特性类似的新一代材料：AIN、Ga2O3、GaSb、InSb 、Diamond）的主要应用领域有：包括Laser Diode& LED在内的Opto-electronics·Photonics（光电子学·光子学）、Power Device（功率元件）、RF Device（射频元件）。

GaN-on-Si以及类似的新一代材料的应用范围。（图片出自：Yole Développement）

就在各个应用领域中申请专利的企业而言，KnowMade对以下企业进行了分析:虽是重要的IP申请企业但现在IP取得数量较少、是重要的IP申请企业且目前也在积极申请IP、新兴的IP申请企业。KnowMade表示，就GaN-on-Si的相关专利中，曾经一直领先于其他公司的东芝在2015年从白色LED市场中撤出，同样领先于其他公司的International Rectifier(IR，美国国际整流器公司，以下简称为“IR”)被Infineon Technologies（英飞凌科技）收购，因此东芝和IR两家公司的收购事宜给专利申请活动带来了巨大的影响。

2010年-2015年期间，关于GaN-on-Si Power Device，除了IR之外，Transphorm、松下、GaN Systems等第一批先进企业已经开始生产样品、并且开始商用化，2015年以后，ON Semiconductor（安森美半导体）、Dialog（戴泺格半导体）、Navitas（纳微半导体）等企业相继加入。现在，以STMicroelectronics（意法半导体）为首，多家企业都提高了对GaN-on-Si的关心程度，预计未来加入的企业会继续增多。

GaN-on-Si相关企业的专利申请分析图。（图片出自：Yole Développement/KnowMade）

关于GaN-on-Si专利申请活动，在20世纪90年代后半期，主要以LED应用为主。此时的GaN-on-Si LED的IP主要是日本企业之间的竞争，步入2005年-2009年，Bridgelux（普瑞光电）、Micron Technology（镁光科技）等美国企业，同时，像Lattice Power（晶能光电）这样的中国企业也开始申请IP。随着以上这些企业的加入，日本企业的IP申请活动逐步减少，结果导致日本企业的Portfolio（投资组合）的规模逐渐萎缩。此外，只有东芝在2010年-2015年期间持续增加专利申请数量，且在2013年收购了Bridgelux（普瑞光电）相关的资产，不过，东芝最终还是在2015年决定撤退LED业务。如今，在LED相关领域中主要的IP申请企业为：Samsung Electronics（三星电子）、Osram（欧司朗）、以及作为新兴企业的Zhongtuo Optoelectronics（中拓光电）。

但是，如今专利申请相关的战场主要是集中在显示屏（Display）相关的新型应用（Application）方面。以采用了纳米线（Nano Wire）技术的Micro LED和智能（Smart）照明为中心的More-than-Moore市场方面的应用尤其引人注目，仅看2019年这一年，新一代显示屏（Display）、智能（Smart）照明方向的低成本、小型的GaN-on-Si Nano Wire·Micro LED  相关的专利申请数量尤其多。

在功率元件领域，Infineon Technologies在2015年收购了IR,其专利数量骤增；收购IR以后，Infineon Technologies又获得了松下的HD-GIT科技的许可证（License），以谋求强化其IP,增加其存在感。紧追Infineon Technologies的Transphorm 也在2010年-2015年期间，与富士通和古河电工确立了IP伙伴关系（Partnership），正逐步加快IP的步伐。

功率电子（Power Electronics）领域的专利获取活动在2017年迎来了高峰期。聚焦GaN-on-Si技术的各个侧面，包括FMIC（深圳方正微电子有限公司）、Innoscience（英诺赛科）、Shenzhen Jing Xiang Technologies（深圳晶向科技有限公司）、北京大学、华南理工大学（South China University of Technology）在内的中国方面的企业单位积极参与，带来了2017年的高峰。

GaN-on-Si相关专利申请件数的应用领域以及推移表。（图片出自：Yole Développement/KnowMade)

GaN-on-Si Power Device的IP企业，纵轴为专利获取件数、横轴为申请中的专利件数。（图片出自：Yole Développement/KnowMade）

在Infineon收购IR的时候，Macom（）也获得了IR的GaN-on-Si相关的一部分IP，并持续开发GaN-on-Si RF Device（射频元件），持有20多项专利，成为了IP的主要活跃企业。另一方面，富士通也是长年持续进行研发，并持有40多项专利，近年来，其存在感却逐步在淡化。目前，RF领域的主要专利申请企业是Intel，据说Intel正在研发一种新的方法（Approach）来实现统筹新一代System LSI的RF Device和Si CMOS的Monolithic(单片集成)。

Intel的RF GaN-on-Si IP  Portfolio（构成）主要用于SoC的III-N晶体管、RF Switch、超短渠道长度（Channel Length）、Field Plate（场板）、以及III-N / Silicon Monolithic IC相关的产品，其中75%的专利为以下：17项在美国申请中、20项在台湾申请中。

富士通的IP Portfolio（构成）为以下：可以封装在包括SiC在内的其他基板或者其他应用的发明、GaN-on-Si材料、尤其是以缓冲层（Buffer）为焦点的产品居多，与Intel一样，富士通也在确立全球性的专利战略。据KnowMade分析，相比之下，Macom的专利战略一直停滞于美国国内，未来Macom也要走上国际化的道路。

Yole的化合物半导体、新材料技术·市场分析师Ezgi Dobmus先生表示说，过去数年间，在功率电子（Power Electronics）行业，人们对于性能出色的GaN HEMT的关注度持续高涨。除了以革新技术为武器的新兴企业以外，功率电子（Power Electronics）行业的几乎所有的IDM都正在提案具有高电力、高功率、小型的GaN-on-Si元件（Device）。

但是，GaN-on-Si HEMT元件在中等耐压方面，与Silicon·Super Junction（SJ）MOSFET的成本/效果形成“竞争状态”。Yole旗下子公司System Plus Consulting的Device Reverse Engineering（元件逆向工程）负责部的部长Elena Barbarini先生表示说：“Silicon SJ MOSFET的成本还比较高，技术方面也有令人感兴趣的地方。但是，在GaN的Epitaxial（外延片）方面能够获得出色的性能，如果越来越多的企业投入GaN-on-Si元件的话，芯片的设计、驱动（Driver）的集成、以及封装等所有的领域都可以有望减低成本，期待越来越多的企业加入。”

GaN-on-Si HEMT和Super Junction（SJ）MOSFET的成本、性能的比较。（图片出自：Yole Développement/Systems Plus Consulting）

此外，为促进GaN Device的普及，Rohm（罗姆）自2018年开始与竞争对手――GaN Systems进行合作。另外，Rohm（罗姆）在2020年1月15日公布说，其旗下子公司――SiCrystal为STMicroelectronics（意法半导体）提供SiC晶圆。据说是为了促进SiC的普及。就以GaN、SiC为代表的新一代半导体材料而言，整个业界都在致力于削减成本、推广普及，可以说这是攻破Si坚固牙城的唯一良策。