第三代半導體為近年新興的技術，主要聚焦於碳化硅、氮化鎵等寬禁帶半導體新材料領域的突破性技術發展以及新材料器件研發。

基於行業發展需求，本文對第三代半導體產業專利狀況從全球整體態勢、碳化硅和氮化鎵關鍵技術、英飛凌和科銳等典型企業專利布局及運用策略、美國政府資助項目知識產權產出機制等方面進行研究。

20世紀初出現第三代半導體相關專利申請，大約在2000年以后，相關專利申請開始進入快速增長階段。美國早期領銜全球專利增長，2010年前后我國的申請量首次超過美國。美國、日本、中國、韓國、德國等國家或地區相關專利申請量增長較快。

截至2018年9月30日，第三代半導體產業專利總量約為8.751萬件。碳化硅、氮化鎵、其他金屬氧化物三種主要材料申請數量較為接近﹔其中碳化硅材料功率半導體和器件工藝較為熱門，氮化鎵材料外延生長和光電子比重較大。

氮化鎵關鍵技術

氮化鎵具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場、較高熱導率、耐腐蝕以及抗輻射等優點，又與現有硅半導體工藝兼容性強，在降低成本方面顯示更大的潛力。涉及氮化鎵器件制備的技術演進主要從襯底技術、結構、設備等方面進行分析。

在氮化物同質襯底技術方面，三菱公司提出改進品質和厚度的GaN單晶制造法（公開號：JPH07165498A）和具有低位錯密度的氮化鎵族晶體基底部及用途﹔LG公司則優化了快速形成單晶GaN半導體襯底的方法（公開號：KR1019990001289A）﹔住友公司利用磨削將在表面上具有C面的氮化物半導體襯底的表面加工為面粗糙度Rms5nm∼200nm（公開號：JP2005112641A）﹔索尼公司改進了藍寶石襯底蝕刻方法（公開號：JPH1145892A）。

在氮化鎵器件結構方面，日亞化學在氮化鎵基化合物半導體表面設置緩沖層以提高結晶度（公開號：JPH04297023A）﹔NEC公司使氮化鎵晶體薄膜具有形成條紋的掩模圖案（公開號：JP2000349338A）﹔科銳公司提出在天然氮化物晶種上由III－V族氮化物剛玉(坯料)高速氣相生長形成剛玉，可以得到用於制作微電子器件結構的晶片（公開號：WO0168955A1）﹔科銳公司提出含有AlxGayInzN的高質量晶片在於均方根表面粗糙度小於1nm（公開號：WO02101121A1）﹔住友公司提出包括低位錯單晶區(Z)、C面生長區(Y)、龐大缺陷積聚區(H)和0.1/cm2至10/cm2的c軸粗大核區(F)低變形的氮化鎵晶體襯底（公開號：JP2003165799A）以及一種低缺陷晶體區和缺陷集中區從主表面延伸到位於主表面的反向側的后表面、面方向相對於主表面的法線矢量在偏斜角方向上傾斜的GaN襯底（公開號：JP2009152511A）﹔通用公司提出一種直徑至少約2.75毫米、位錯密度低於約104cm-1並基本不含傾斜晶界的GaN單晶（公開號：WO2004061923A1）。

在氮化鎵器件制備設備技術上，波士頓大學設計一種通過外部磁鐵和/或出口孔徑控制原子氮物質和離子氮物質的量達到襯底外延生長系統（公開號：WO9622408A2）﹔理光公司改進了一種制造塊狀晶體的GaN單晶襯底的鹼反應容器（公開號：JP2001058900A）﹔大阪產業振興機構使用將含氮氣體通入反應器中由此使得在熔劑中的第III族元素和氮互相反應的、高產量地制備高質量的、大的和整塊第III族元素氮化物單晶的設備（公開號：WO2004083498A1）。

在氮化鎵外延生長方面，基於同質襯底生長，三星公司提出一種以高生長速率生長高質量氮化鎵（GaN）膜的方法（公開號：KR1020000055374A）﹔住友公司提出氣相成長的成長表面(C面)不是平面狀態而形成具有三維的小面結構單晶體GaN的結晶成長方法（公開號：JP2001102307A）﹔住友公司提出一種可以收取氧作為n型摻雜劑的氮化鎵單晶的成長方法（公開號：JP2002373864A）﹔法國國家科學研究中心提出通過在犧牲層上的異質外延制造包含Ⅲ氮化物的自承基材的方法（公開號：WO2005031045A2）。

基於異質襯底生長，北卡羅萊納州立大學提出氮化鎵層在藍寶石基體上的懸挂外延生長（公開號：WO0137327A1）﹔NEC和日立公司提出一種具有缺陷密度低、彎曲小的Ⅲ族氮化物半導體襯底的制造方法（公開號：JP2003178984A）﹔加州大學和獨立行政法人科學技術振興機構提出用於在斜切尖晶石襯底上生長平坦半極性氮化物薄膜的方法（公開號：JP2005522888A）﹔應用材料公司提出具有高晶格失配的材料的異質外延生長（公開號：WO2015167682A1）。

橫向生長技術上，豐田公司提出在底襯底上形成多個突起部並利用晶體橫向生長的習性生長半導體晶體層（公開號：WO02064864A1）﹔三星公司提出先在GaN襯底上形成凹凸部分，然后以快致橫向生長的GaN薄膜覆蓋垂直生長的GaN薄膜，在GaN襯底上形成GaN薄膜的方法（公開號：KR1020020080743A）。

在氣相沉積的改進方面，技術與設備國際公司提出一種改性HVPE方法用於達到低缺陷密度（公開號：WO03006719A1）﹔應用材料公司提出利用MOCVD及HVPE抑制在III-V氮化物薄膜生長中的寄生微粒（公開號：US20070259502A1）以及通過混合氣相外延工藝形成III-V族材料的方法（公開號：WO2009046261A1）﹔加州大學提出使用有機金屬化學氣相沉積來生長諸如m–平面氮化鎵(GaN)磊晶層之平面、非極性m–平面III–氮化物材料的方法（公開號：WO2006130622A2）以及利用MOCVD生長的GaN薄膜平滑、高品質薄膜的異質磊晶生長方法（公開號：WO2008060349A2）和先使用MOCVD進行第一生長，再使用不同生長方法進行再生長的制造氮化物半導體器件的方法（公開號：WO2017011387）﹔三菱公司提出利用HVPE制造具有較高熱傳導率之GaN系材料的方法（公開號：WO2007119319A1）﹔東京電子提出用於使薄膜選擇性地沉積在露出有絕緣膜和導電膜的基底上的選擇性沉積方法（公開號：JP2018170409A）。

英飛凌專利布局及運用策略

英飛凌前身為西門子集團的半導體部門，目前是全球領先的半導體公司之一。英飛凌在氮化鎵和碳化硅材料的專利整體均呈現平穩的增長，2011年開始該兩種材料領域的專利急速增長並在2015年達到頂峰，技術步入成熟期。

英飛凌專利布局區域主要集中在美、德、中、日。另外在歐洲亦有相當數量的申請。剩下的申請則在韓國和澳大利亞。其中，英飛凌在美國和德國的專利數量尤為領先。在中國的專利數量也相當可觀，排在美、德之后。

英飛凌技術分支專利布局情況，其技術分支主要為碳化硅單晶生長、碳化硅襯底加工、碳化硅外延生長、碳化硅器件工藝和碳化硅封裝，氮化鎵異質襯底、氮化鎵同質襯底、氮化鎵外延生長和氮化鎵芯片封裝。在全球范圍，其在碳化硅器件工藝、氮化鎵封裝和氮化鎵外延生長的申請量較高，分別為165件、101件和82件，在剩下幾個領域的申請量則較低，皆在40件以下。在中國，其在氮化鎵同質襯底、氮化鎵封裝和碳化硅器件工藝領域的申請量稍高，為70件、58件和46件，其余領域的申請量較低。

英飛凌的專利運營策略主要具有以下特點：

一是高度重視專利布局時機的把握。專利布局時機節奏感強，根據產業發展速度提前進行階段性集中布局。在2004年和2015年左右出現兩個較為集中的布局高峰期，期間有近十年的時間處於布局低谷期，這說明英飛凌一般會在技術獲得重大突破后進行專利布局，並會根據產業發展的速度進行調整。

二是高度重視目標市場專利布局，英飛凌專利布局的大本營是美國。通過分析可以發現，從各個技術分支的主要布局的國家或地區看，英飛凌在美國的專利布局數量都是最多的，一方面說明美國是極其重要的目標市場，另一方面也說明英飛凌市場導向的布局原則非常明顯。

三是高度重視技術研發團隊的布局引領作用。通過對英飛凌發明人團隊的分析可以發現，碳化硅領域排名前十的發明人包攬了英飛凌幾乎80%的發明專利，這說明研發團隊的領導者對專利申請具有非常重要的貢獻和引領作用，同時也說明英飛凌有較好的激勵研發團隊進行專利布局的激勵和管理機制。

四是高度重視技術研發合作和技術成果流動。英飛凌和上游下游廠商合作都很密切。通過轉讓數據可以看出，英飛凌向外轉讓的專利數量大於從外部獲得專利數量，說明英飛凌研發實力較強，能夠對上下游廠商形成有效的技術支撐，同時也非常重視從外部引用專利，完善自身產品的專利布局。

美國政府資助項目 知識產權產出機制

自1987年美國政府以年預算補貼10億美元資助14家美國半導體企業組成Sematech聯盟以來，美國政府始終不遺余力地增加對半導體、人工智能等新興技術及產業的投入，以期開創下一個十年乃至百年的領先。美國國家“電子復興計劃“（ERI）已公開的一部分內容顯示，整個項目資金已經達到22.5億美元，將專注於開發用於電子設備的新材料、將電子設備集成到復雜電路中的新體系結構以及進行軟硬件設計上的創新。該計劃是為了補充之前致力於加速電子技術和電路及子系統的生產力增長和性能提升的“聯合大學微電子學計劃”（JUMP）。相對於JUMP，ERI更加實際，也更接近產業，預期的商業和國防利益將在2025年至2030年實現。

成立於1987年的科銳，1993年在美國納斯達克上市。上市前后科銳開始參與美國政府資助項目。從項目資助的來源看，海軍和空軍相關部門是科銳公司參與政府資助項目的主要來源，SDIO（戰略防御計劃組織）也對科銳公司進行了項目資助。這一方面說明這兩個部門更看重碳化硅領域的技術創新，另一方面也說明美國政府部門之間在同一技術領域的資助合作效率高，不會相互排斥。

從合同持續的時間來看，科銳公司持續10余年一直在碳化硅領域參與政府資助項目。這一方面說明科銳公司完成政府項目的質量較好得到了持續的認可，另一方面也說明美國政府資助項目在某一技術領域的資助可持續性比較好，能夠給資助項目的承包方較好的項目預期。

從合同承包方來看，科銳公司在大部分情況下都能獨立承擔政府資助項目，也有和ABB這樣的行業巨頭共同承擔項目合同的情況。這一方面說明科銳的技術研發創新能力得到了同業巨頭的認可，另一方面也說明美國政府資助項目發包機制比較靈活，可以根據具體事項採用獨家承擔或者多家合作承擔，同時項目管理能力較高。

從合同發布的間隔時間來看，有近10年的中斷間隔，在特定的年份會加大項目，例如2004年累計發布4個項目。說明美國政府資助項目的管理方對資助資源也有嚴格的風險評估機制，在條件不成熟的情況下，會果斷暫時擱置資助項目，在條件成熟時，會果斷加大資助力度，促成關鍵技術突破，助推其盡快實現產業化。

從各個合同產出的專利數量看，出於推動產業發展的目的，每一個合同項目基本都會有專利產出。在具體的數量上，美國政府資助項目並未機械地制定專利產出具體指標，而是通過設定可專利的技術創新成果的評價機制，合理把控技術秘密和專利的邊界，實現資助項目長期價值最大化。

從各個合同產出的專利的時間看，一般每個合同項目在項目結束后都會有專利產出，短則一年長則三年，專利產出的持續時間較長。結合合同裡知識產權條款可以發現，每個合同的專利產出機制主要是通過責任義務和權利分享機制來積極推動專利的產出和產業化。（國家知識產權局專利分析普及推廣項目第三代半導體課題組）

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