【学习】半导体与集成电路材料全球专利竞争格局

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导航工具：壹专利（www.patyee.com）

半导体与集成电路材料

全球专利竞争格局

 【背景】

第三代半导体材料是指带隙宽度达到2.0-6.0eV的宽禁带半导体材料，包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），是制造高压大功率电力电子器件的突破性材料。我国在第一、二代半导体材料的发展上起步远慢于其它国家，导致在材料上处处受制于人，但是在第三代半导体材料领域，国内厂商起步与国外厂商相差不多，有希望实现技术上的追赶，完成国产替代。

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第三代半导体材料的产业链与其他代半导体材料产业链模式相似，同样涉及制造材料和封装材料，而第三代半导体的核心材料主要指作为衬底材料的碳化硅和氮化镓。本篇主要分析针对碳化硅和氮化镓的发明专利进行分析，明晰第三代半导体材料的全球发展与竞争形势。

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第三代半导体材料各国技术发展进度相差不大，全球尚处于产业爆发前期。

从专利申请量看，近二十年全球专利申请呈现一定的曲折上升之态势，最近的一次技术发展阶段是2016年至今。目前第三代半导体材料已有大量的专利储备，部分有待开展产业化实施。

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从技术公开国和技术申请人国看，日本、美国、中国、韩国以及欧洲（德国为主）是第三代半导体材料研发和应用的最重要地域。其中，日本专利数量领先其他国家较多，美国和中国不相上下，存在较强的竞争关系。

具体到各个国家的专利申请趋势，可以看出中国和美国增长明显，日本、韩国略有下降。尤其是2016年后，中国专利申请速度加快，年申请量超过日本、美国，成为年申请量最多的国家。2016年，中国启动了“十三五”国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项，第三代半导体材料与半导体照明作为重点专项中最重要的研究领域，我国迎来第三代半导体材料发展“元年”。在政策的加持下，我国半导体技术显著提升，市场逐步开启，政策全面加速，资本积极进入，企业加快布局。当前，中国已开始进行全球最大、最复杂、发展最快的能源互联网建设，已建和在建全球最高运营速度、最长运营里程、最佳效益的高速轨道交通，并正在发展全球增长最快的新能源汽车，全球最大规模的5G移动通信，以及全球产能最大、市场最大的半导体照明产业，上述应用都需要第三代半导体材料和器件的支撑，极大促进了第三代半导体材料和器件的持续快速发展。

从各技术来源国专利法律状态上看，目前日本的有效专利数量最多，中国位列第二，但是中国审查中的专利远多于其他国家，整体失效率最低，可见中国短期之内的专利申请活跃，并且专利质量也较好。

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分别对日本、美国、中国和韩国第三代半导体材料相关的专利申请进行文本聚类，以明细主流国家的研究重点。日本、美国及韩国的布局重点是碳化硅（SiC）。日本是器件和模块开发方面的领先者，美国也在功率器件方面具有优势，而韩国重点围绕高纯SiC粉末制备、高纯SiC多晶陶瓷、高质量SiC单晶生长、高质量SiC外延材料生长4个方向，开展了国家研发项目。

中国由于在LED方面已经达到国际先进水平，为第三代半导体在LED的技术研发和产业应用打下了较好的基础。虽然碳化硅商用更加成熟，氮化镓市场初起步，但从下图全球和中国的碳化硅和氮化镓专利分布对比也可以看出，在全球范围内，氮化镓专利和碳化硅专利数量比例约为2：3，而在中国这个比例约为3：2，可见中国创新主体更热衷于基于氮化镓的开发。

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在全球专利申请人排名前二十中，日本企业占据了16位，并且专利申请量前五名的均为日本企业，分别是住友集团、松下电器、东芝、富士以及三菱。美国代表企业有科锐（CREE）。韩国则是三星和LG领先。进入全球排名前二十的中国申请人有中国科学院和西安电子科技大学，基础研究丰富。

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江苏引领第三代半导体材料的发展，江苏苏州、张家港等地重点部署第三代半导体，长三角区域协同作战能力强。产业化初期，根据已披露的第三代半导体项目投资总额来看，长三角区域占比为63%，远超国内其他区域，在资本和技术的驱动下，江苏稳占第三代半导体专利申请量第一的宝座。广东和北京紧跟其后。广东的深圳成立了第三代半导体研究院，东莞成立了“宽禁带半导体材料、功率器件及应用技术创新中心”，深圳和东莞成为广东发展第三代半导体材料的重点地区。北京顺义也致力于打造第三代半导体创新产业集聚区。

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中国专利申请人类型中，来自企业申请人的专利约占一半，来自高校及科研院申请人的专利也接近一半，国内应加强产学研合作。

国内专利申请人前二十中，中国科学院和西安电子科技大学位列前二，中国科学院包括了下属的很多子单位，如中国科学院半导体研究所、中国科学院微电子研究所、中国科学院物理研究所等，综合科研实力强劲；西安电子科技大学则开辟了新中国电子与信息科学的先河，电子领域强劲，并设有宽禁带半导体国家工程研究中心。排名第三的是华灿光电，其是国内领先的半导体技术型企业。氮化镓电力电子器件作为华灿光电在半导体业务中首先布局的产品，有望助推华灿光电在国内市场占据优势地位。

总体来说，中国专利申请人前二十中高校和科研院所较多，其他具有优势的企业申请人还有中国电子科技集团、湘能华磊、福建三安和山东天岳。值得一提的是，山东天岳是第三代半导体材料的国家级冠军企业，其出货的碳化硅全球市场占有率位列前三、国内首位。

除了国内的本土优势申请人，日本领先企业住友、松下、三菱等也在中国专利申请人前二十之列，可见日本企业对中国市场的重视。

总结

全球第三代半导体材料市场处于技术发展期，各国技术实力相差不大，尚未形成垄断；目前中国的专利申请趋势良好，专利失效率低，都对中国第三代半导体材料的发展极为有利。全球目前的发展重点是碳化硅材料，但是中国的专利技术布局中更倾向于氮化镓材料及其器件。

重点国家：日本，美国。

重点省份：江苏省，广东省、北京市。

重点国内技术方向：氮化镓。

重点国内高校：中国科学院半导体研究所、西安电子科技大学。

重点国内企业：山东天岳、华灿光电。

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