集微咨询：从全球专利储备看GaN创新方向和潜在新秀( 二 ) 在快充应用的推动下

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截止2021年9月，全球GaN专利申请数量TOP10申请人（未剔除联合申请数量）仍以日本企业为主，但是来自中国大陆申请人异军突起，西安电子科技大学、中国科学院半导体研究所、三安光电、华灿光电等机构和企业申请人最为活跃。 2021年，全球GaN专利新申请者（过去5年内才开始提交专利申请的申请人）有5名，全部来自中国大陆，分别是深圳第三代半导体研究院、西安智盛锐芯半导体科技有限公司、广东工业大学、中山市华南理工大学现代产业技术研究院和天津大学，其中深圳第三代半导体研究院申请的GaN专利数量最多。
第三，从GaN专利技术分布来看，在申请数量TOP10的申请人中分类号为H01L33的专利储备量最多，即光电器件领域。其次大部分集中在电学领域，这主要是因为GaN是提升电力电子器件和射频器件性能的重要半导体材料，在电力电子、射频芯片等领域都有越来越重要的应用。

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此外，在全球市场价值最高TOP10GaN专利中，有7项专利价值都超过了1000万美元，其中LG伊诺特有限公司专利号为“EP2863444B1”的专利价值最高，为1146万美元，该专利提出了一种使用金属支撑层在蓝宝石衬底上制造垂直结构GaN基LED器件的方法。
GaN创新重点技术和方向
从GaN专利申请热力图来看，近年来全球GaN技术创新主要聚焦于衬底、GaNHMET器件和MicroLED三大领域。
第一，衬底技术是GaN器件降低成本的关键突破口之一，正从小批量、小尺寸向大规模商业化、大尺寸、高晶体质量方向发展。
目前全球GaN衬底相关专利超过13000件，其中有效专利超过4800件。衬底技术排名靠前的专利申请人以日本企业居多在衬底领域技术储备占有绝对优势，其次为美国。主要专利申请人包括住友株式会社、三菱化学株式会社、日本碍子株式会社、CREE等。
当前GaN相关的衬底技术主要涉及GaN单晶衬底、GaN-on-SiC、GaN-on-Si等。
从创新方向来看，专利分布显示GaN单晶生长技术研究较多，热门的生长技术为HVPE法，也是较成熟的单晶生长技术。助溶剂法和氨热法研究晚于HVPE法，近10年也在持续关注。衬底加工方面，研磨抛光、切割和倒角、衬底剥离是近几年的研究热点。
另一方面， GaN异质外延已经实现6英寸产业化，逐渐向8英寸演进，研究方向也逐渐向大尺寸和高质量方向聚焦。例如2020年，清华大学提出使用抛光组合物抛光GaN材料，该组合物包含纯化硅溶胶抛光磨粒、腐蚀剂、氧化剂、促进剂和水，抛光磨粒为纯化硅溶胶（专利号CN106398544A）；苏州纳米仿真所/苏州纳维科技提出用助溶剂法促进籽晶液相外延，在生长过程中添加碳添加剂，有效降低氮化镓籽晶生长前期的籽晶回溶（专利号CN107687022A）等。
第二，车规级GaN电力电子器件随着电动汽车市场规模增长而成为研究热点，正朝着多单元模块化方向发展。
在电动汽车领域， EPC和Transphorm已有GaN电力电子器件已经通过了车规认证，汽车行业越来越认可和重视GaN电力电子器件解决方案应用于电动汽车及混合动力汽车。
目前全球GaN电力电子器件相关专利超过2万件，有效专利占45.61% ，美国、日本和中国为专利布局热点区域，尤以美国市场为甚。主要专利申请人仍以住友、富士通、东芝等日本企业为主， CREE、英特尔也具备一定优势。
从创新方向看， GaN电力电子器件经过了衬底材料的选择及多种新型器件结构探索(2DEG结构的改进、垂直型/异质结鳍片结构等)等阶段，目前研究热点聚焦于多单元器件组合形成多单元模块。例如2021年CREE提出一种大的有效栅极宽度的多单元晶体管器件（专利号US10483352B1）；三安光电提出一种具有多量子阱高阻缓冲层的HEMT外延结构（专利号CN108400159A）等。