集微咨询：从全球专利储备看GaN创新方向和潜在新秀

2022-01-21

在快充应用的推动下，氮化镓（GaN）市场自2020年开启了腾飞之势，在功率器件及射频市场迎来巨大的商机。此前集微咨询的GaN系列文章、《集微咨询：GaN快充达到甜蜜点，中低压市场迎来更多杀手级应用》分别分析了GaN技术已走出泡沫化的低谷期来到稳步爬升的光明期，并将在中低压器件市场迎来更大市场活力。随着越来越多厂商涌入， GaN领域的竞争逐渐白热化，本篇将从专利的角度分析未来该领域的种子选手。
目前全球GaN产业格局已经初步固定，形成了上游原材料（衬底、外延片）、中游GaN制造（GaN芯片设计、制造、封测）、下游GaN应用（电力电子器件、射频器件、光电子器件）的产业链条，在功率器件、射频器件、光电显示领域得到了广泛应用。 MarketandMarket数据显示， 2020年全球GaN器件的主要分类为GaN光电器件、GaN射频器件和GaN电力电子器件。从细分市场的角度来看， GaN光电器件的市场应用程度最高，占比达到65.22%；其次是GaN射频器件，市场占比约为29.89%；而GaN电力电子器件的市场规模则占比最小，仅为4.89% 。
从专利角度看， GaN技术分布和创新热点如何？
【集微咨询：从全球专利储备看GaN创新方向和潜在新秀】全球GaN技术储备分布
从上世纪70年代出现首个专利申请起，目前全球在GaN产业已申请专利超过16万件，有效专利超过6万件，其中发明专利、技术创新活动十分频繁。根据智慧芽检索GaN专利数据， 1994年之前GaN技术均处于学术研究和探索阶段，参与企业较少；1994年至2005年间进入第一波发展小高峰，但主要是应用于LED照明；2010年至2014年期间的GaN专利增长，主要集中在住友、日立等日本企业在衬底方面取得的突破和进一步的产品化；2014年后GaN专利申请数量稳定增长，年专利申请量基本维持在9000件以上， LED/MicroLED光电器件、GaN基FET器件、GaN功率/射频器件等相关技术成为专利申请的热点领域。
第一，从GaN技术来源分布来看，日本、美国在GaN领域的研究最早开始于1970年代，占据了大部分的GaN相关专利储备。
当前全球GaN技术第一大来源国为日本，比例高达35.5% ，其次为美国，比例为22.95% ，中国大陆以14.54%略高于韩国的14.2%而名列第三，这四个地区GaN专利占比合计超过87% 。尽管日本和美国起步早了近20年，且在2010年之前日本显著领先，中国大陆从2010年开始后起发力并持续保持高速增长， GaN专利申请数量逐渐处于领先地位且优势十分明显。

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美国专利布局虽比中国大陆早近20年，但近10年发展态势较为平缓稳定；中国相关专利于1985年最先提出，但专利年申请量快速增长并于2011年后开始超过美国。

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在中国地区， GaN专利申请数量最多的省份为江苏，累计申请数量达到1916项，广东和北京分别以1657项和1057项分列2、3名。 GaN创新活动活跃的主要省份有江苏、广东、浙江、陕西和北京等地，都是半导体产业和第三代半导体产业发展的重点区域。
第二，从GaN专利申请主体来看，全球GaN主要创新主体的龙头主要集中于日本专利申请人，来自中国大陆的申请人则在近几年异常活跃，表明GaN领域的研发投入不断增加，相关企业和科研院所数量也在不断增加。此外，在中国布局的海外申请人也以日本企业为主，包括三菱电机、住友和松下等。
2010年至2021年9月，全球GaN专利申请人CR10呈现波动趋势， 2010年至2020年基本保持在13%以上， 2021年上升至17.18% 。整体来看，全球GaN专利申请人集中度不高(注：CR10为申请总量排名前10位的申请人的专利申请量占该领域专利申请总量的比例。其中，有联合申请时，专利数量不会被去重计算) 。其中全球重点专利申请人集中在日本企业，这与GaN技术来源国为日本呈现一致，中国企业与海外龙头的GaN技术储备量有较大差距。

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