英飞凌|氮化镓正在改变世界 中国企业发力强劲( 二 )


从技术发展的历史演进来看,20世纪70年代初出现氮化镓相关专利申请,1994年之前尚处于探索阶段,参与企业较少;1994-2005年进入快速发展期,主要驱动力是LED照明商用化;2010年开始,日本住友、日立等对氮化镓衬底大尺寸的突破和进一步产品化,促进了相关专利量的进一步快速增长;自2014年起,专利申请量总体趋于稳步发展态势,年专利申请量基本维持在9000件以上,在这段时期,可见光LED热度减退,GaN基FET器件、功率/射频器件、MicroLED等器件热度上升。
从氮化镓领域全球技术布局来看,中国、美国和日本为氮化镓技术热点布局的市场。其中,美国和日本起步较早,起步于20世纪70年代初,而中国起步虽晚,但后起发力强劲(如图4)。值得注意的是,目前全球的氮化镓技术主要来源于日本。
英飞凌|氮化镓正在改变世界 中国企业发力强劲
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图4:中、美、日氮化镓技术专利申请趋势图(数据:智慧芽)

三、国内外龙头企业技术洞察对比
报告显示,全球氮化镓主要创新主体的龙头主要集中于日本。氮化镓产业国外重点企业包括日本住友、美国Cree、德国英飞凌、韩国LG、三星等(如图5),中国企业代表有,晶元光电、三安光电、台积电、华灿光电等(如图6)。但目前中国企业和国外企业相比,专利申请数量仍有一定差距。
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图5:氮化镓领域国外企业代表(来源:智慧芽)
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图6:氮化镓领域中国企业代表(来源:智慧芽)
在这些企业中,日本住友全球率先量产氮化镓衬底,是全球氮化镓射频器件主要供应商,同时也是华为GaN射频器件主要供应商之一。住友聚焦于衬底和器件方面的研究,其中,器件方面近几年侧重于氮化镓FET器件。该公司的氮化镓衬底单晶生长技术侧重HVPE法,重点解决衬底缺陷、尺寸等难题。此外,住友在氮化镓FET器件上,侧重外延工艺和芯片工艺突破。
美国Cree依靠其技术储备支撑氮化镓功率器件的市场化。2019年,Cree逐步剥离LED业务,专注于碳化硅电力电子器件和用于GaN射频器件,并于2021年正式更名为Wolfspeed(原Cree旗下的功率&射频部门)。在技术分布上,发光二极管LED和GaN基FET器件两大方向是Cree重要的专利布局领域。其中,前者的研发热度在近几年明显衰退,而Cree在后者的细分领域中则探索了较多的技术难题,注重器件多性能发展。
德国英飞凌持续深耕功率器件领域,且重点关注美国市场。其前身作为西门子集团的半导体部门,英飞凌主要生产IGBT、功率MOSFET、HEMT、DC-DC转换器、栅极驱动IC、AC-DC电源转换器等功率半导体器件,曾连续10年居全球功率半导体市场之首。在氮化镓领域,英飞凌的技术分布于集中产业链中游——器件模组,持续关注GaN基FET、IGBT等功率元器件,以及由多个功率元器件集成的功率模块(如电源转换器)的研发。总体而言,英飞凌在功率模块、GaN基FET器件上布局的专利最多。
国内LED龙头“三安光电”在氮化镓领域有一定技术储备。三安光电是目前国内规模最大的LED外延片、芯片企业。2014年,该公司投资建设氮化镓高功率半导体项目;2018年,在福建泉州斥资333亿元投资Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、LED外延、芯片、微波集成电路、光通讯、射频滤波器等产业。在氮化镓领域,三安光电同样集中于产业链中游——器件模组的研究。其布局的器件类型主要包括可见光LED、紫外LED、Micro/Mini LED和GaN基FET。2016年后,三安光电对可见光LED的专利申请量逐渐下降,并开始增加对Micro/Mini LED、GaN基FET的专利申请。