赵雅飞

从专利视角浅议中国氮化镓技术的产学研融合

赵雅飞

（国家专利导航项目（企业）研究和推广中心，北京 100044）

硅基氮化镓以及碳化硅基镓氮技术多应用于功率半导体器件中，是各个国家争相攻克的尖端技术。基于中国相关专利数据，从专利联合申请、专利权转移、专利许可的维度分析中国硅基氮化镓以及碳化硅基镓氮技术的产学研融合现状和特点。为国内企业和高等院校、科研机构的发展创新提供借鉴。

氮化镓；产学研融合；专利；专利联合申请

1 引言

硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓技术，已成为国际功率半导体领域战略制高点，受到世界各国政府的高度重视。中国的“中国制造2025”计划中明确提出要大力发展第三代半导体产业。氮化镓作为第三代半导体的代表性材料，具有高电子饱和速率（2e7cm/s）、高击穿电场（1e10～3e10V/cm）、大禁带宽度（3.4 eV），禁带宽度是Si材料的3倍，是GaAs材料的2.5倍，且化学性质稳定、耐高温、抗腐蚀，在高频、大功率、抗辐射应用领域具有先天优势[1]。氮化镓通常选用硅或碳化硅衬底。硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓两者各有优劣，其中硅作为第一代半导体材料工艺成熟，可制备大尺寸外延衬底，导热性好，并且便于和硅基光电集成，但是氮化镓材料与硅衬底晶格失配高达16.9%，给氮化镓外延层引入大量位错和缺陷。相比而言，碳化对衬底与氮化镓晶格失配较小，为3.5%，导电、热导率高，但是碳化硅衬底价格昂贵，因此，多应用于高端的LED和微波器件[2-3]。

硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓技术具有技术研发门槛高、投入大、周期长的特点，且中国在此方面的发展起步较晚，与国际水平仍有较大差距。因此，越来越多的企业出于控制研发成本、保持与提升自身竞争力等因素，选择产学研合作方式。即以企业、高等院校和科研机构间的合作为基础，按照特定规则重新组合，实现彼此资源相互协调的合作模 式[4]。专利申请作为技术知识管理和法律保护的主要手段之一，成为产学研融合创新成果的重要体现。

本文以专利的视角，基于硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓的相关专利数据，通过对专利联合申请、专利权转移和专利许可进行分析和研究，厘清中国相关技术产学研融合的现状、特点以及存在的问题，从而为国内企业、高等院校、科研机构的技术研发创新提供思路和借鉴。

对本文的专利数据说明如下：来源为CNABS、DWPI、SIPABS数据库，检索截止日期为2020-02-13。检索数据仅限于中国专利申请，为确保其全面性和准确性，多次补充检索、筛选内容。数据库中以同一专利族出现的“多件”专利文献，计算为“1项”。

2 专利视角的产学研融合

图1为筛选出的硅基氮化镓技术的中国专利申请量大于等于10项的专利申请人。入围的中国企业数量较少，仅有中国台湾的台积电（33项）、深圳方正微电子有限公司（14项）、北大方正集团有限公司（14项）；相比而言，入围的高等院校/科研机构数量比较多，具体为中国科学院半导体研究所（24项）、华南理工大学（18项）、南京邮电大学（15项）、北京大学（13项）、西安电子科技大学（10项）。

图1 硅基氮化镓技术的中国专利申请人排名

图2为筛选出的碳化硅基氮化镓技术相关中国专利申请量大于等于8项的专利申请人。入围的中国企业仅有成都海威华芯科技有限公司（8项）一家。相比而言，入围的高等院校/科研机构则数量较多，具体为中国科学院半导体研究所（36项）、西安电子科技大学（15项）、中国科学院微电子研究所（9项）、中山大学（9项）。

图2 碳化硅基氮化镓技术的中国专利申请人排名

综上可见，在硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓的相关技术领域中，中国的高等院校和科研机构为主要的专利申请和技术创新主体，本土企业基于科研经费、技术实力等因素制约，专利技术产出较低。在5G技术发展的推动下，中国硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓的技术创新和产业升级越来越迫切，企业难以快速全面地独自掌握保持技术竞争力所需的全部知识，与高等院校和科研机构合作进行开放式创新已成为企业可持续发展的必经之路。

2.1 专利联合申请

在硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓的相关技术领域，专利联合申请是应用最为广泛的一种专利合作方式，具体为企业根据生产需要与高等院校/科研机构联合开展技术研发活动，并以此申请专利，双方共享专利权。

下面针对高等院校/科研机构和企业联合申请发明专利的情况进行梳理，筛选出代表案例，以小见大分析此领域专利联合申请的特点。

表1为北京大学、北大方正集团有限公司、深圳方正微电子有限公司联合提出的硅基氮化镓专利申请列表。具体涉及低电阻欧姆接触电极、肖特基二极管、晶体管（含HEMT）技术，专利申请日以及发明人均相同。北大方正集团源于北京大学，始终践行“产学研深度融合”发展模式，深圳方正微电子有限公司由方正集团联合其他投资者共同创办。可见，上述两家企业与北京大学的深厚渊源，促成了三方的产学研深度合作，且合作的专利成果数量可观。

表1 硅基氮化镓典型专利联合申请案例-1

公开（公告）号发明名称专利目标国家申请日发明人法律状态 CN107230617A氮化镓半导体器件的制备方法中国2016-03-25孙美华刘辉林信南陈建国实质审查 CN107104040A氮化镓肖特基二极管的阳极制作方法中国 CN107230625A氮化镓晶体管及其制造方法中国 CN107230619A增强型氮化镓晶体管的制作方法中国 CN107230610A氮化镓高电子迁移率晶体管的制作方法中国 CN107230620A氮化镓晶体管的制备方法中国 CN107230622A氮化镓晶体管及其制作方法中国 CN107230634A氮化镓晶体管的制作方法中国 CN107230624A氮化镓晶体管及其制造方法中国 CN107230618A氮化镓晶体管器件的制备方法中国 CN1072306207A大功率半导体器件的制作方法中国

表2为清华大学、鸿富锦精密工业（深圳）有限公司联合提出的硅基氮化镓相关专利申请，涉及一种外延生长方法。富士康科技集团与清华大学的合作由来已久，双方共建清华-富士康纳米科技研究中心，拥有高等级的实验室、测试设备以及研究团队，为产学研融合、促进科技成果转化奠定了坚实的基础。

表2 硅基氮化镓典型专利联合申请案例-2

公开（公告）号发明名称专利目标国家申请日发明人法律状态 CN108288583A一种采用硅基底生长氮化镓外延的方法中国，美国2017-01-10金元浩、李群庆、范守善实质审查

企业生产需求和高等院校/科研机构学术研究的有机结合，需充分利用企业在工程化、市场化方面的经验以及高等院校/科研机构在学科、人才、试验平台等方面的优势。合作的周期较长，技术交流的深度和频次较高，需要企业、高等院校和科研机构进行多层次紧密融合，对企业的科技实力有一定要求。因此，在企业共建研发平台、在高等院校/科研机构设立技术研究中心等方式，有助于专利联合申请的高效开展。

2.2 专利权转移

专利权转移是一种企业能够快速从高等院校/科研机构获得相关专利权的合作方式。

表3为碳化硅基氮化镓专利权转移典型案例。原始专利权人为西安电子科技大学，受让方为云南凝慧电子科技有限公司，涉及的三项专利申请的技术涉及碳化硅基氮化镓的外延生长以及HEMT，专利目前法律状态均为有效。云南凝慧电子科技有限公司成立于2014年，以氮化镓外延片、氮化镓微波功率器件、5G通信功率器件为主要产品。此案例代表了一批新兴企业选择较多的产学研合作模式。在硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓的相关技术领域，研发周期长，难度大，专利权转移技术门槛低。采用专利权转移方式，企业无需拥有强大的人才和技术力量；可操作性强，实现周期短，大大节约了资金和时间消耗，且可以获得专利权即获得相关技术的完全控制权，这对于降低技术创新成本具有重要的意义和价值。

表3 碳化硅基氮化镓典型专利权转移案例

公开（公告）号发明名称当前专利权人原始专利权人法律状态专利权转移登记生效日 CN101901758B基于m面SiC衬底的非极性m面GaN薄膜的MOCVD生长方法云南凝慧电子科技有限公司西安电子科技大学授权有效2017-07-19 CN101901757B基于a面6H-SiC衬底上非极性a面GaN的MOCVD生长方法云南凝慧电子科技有限公司西安电子科技大学授权有效2016-12-06 CN102290345B深亚微米栅长AlGaN/GaN HEMT制作方法云南凝慧电子科技有限公司西安电子科技大学授权有效2016-08-10

可见，专利权转移的方式尤其适合于中小企业或者新兴企业，能够快速充实企业的技术储备，提高技术研发的起点。

2.3 专利许可

专利许可指专利的所有权不发生转移，受让方通过支付一定的使用费用而获得专利技术实施的权利。

表4为硅基氮化镓专利许可典型案例。

公开（公告）号为CN100592470C的专利申请，原始专利权人为中国电子科技集团公司第五十五研究所，被许可人为南京国盛电子有限公司，许可类型为独占许可，专利目前法律状态为有效。公开（公告）号为CN100435279C的专利申请，原始专利权人为西安电子科技大学，被许可人为扬州扬杰电子科技股份有限公司，许可类型为排他许可，专利目前法律状态为失效。

对于专利权转移而言，专利实施许可进一步降低专利技术使用成本，也一定程度上分散难以产业化的技术风险。但是由于原专利权人仍然拥有专利的所有权，企业将在一定程度上受专利权人的制约，某种程度上制约了专利技术产业化以及技术迭代更新的积极性，且存在一定的专利风险。

表4 硅基氮化镓典型专利许可案例

公开（公告）号发明名称许可人被许可人许可类型法律状态 CN100592470C硅基氮化物单晶薄膜的外延生长方法中国电子科技集团公司第五十五研究所南京国盛电子有限公司独占许可授权有效 CN100435279C一种大面积自支撑宽禁带半导体材料的制作方法西安电子科技大学扬州扬杰电子科技股份有限公司排他许可未缴年费失效

3 结论和建议

经过上述分析，总结中国硅基氮化镓、碳化硅基氮化镓技术的产学研融合现状和建议如下：企业和高等院校/科研机构深度合作，对企业而言周期长，资金和人力投入高，技术针对性强，适用于具备一定科技实力的企业；企业以较少的科研投入获得专利的完全控制权，提高企业技术研发的起点，降低技术创新成本，适合于中小企业或者新兴企业；企业以较少的成本获得技术实施权，分散了产业化的风险，但是企业将在一定程度上受专利权人的制约，适合于见效快、易实施的专利技术。

中国企业应当积极构建开放式研发体系，立足自主研发的同时积极与国内外知名高校及科研院所针对技术开发展开合作，迅速提升半导体制造技术能力。

［1］HOFSTETTER M，HOWGATE J，SHARP I D，et al.Real-time x-ray response of biocompatible solution gate AIGaN/GaN high electron mobility transistor devices［J］.Applied Physics Letters，2010（96）：092110.

［2］CHO Y S，SUN Q，LEE I H，et al.Reduction of stacking fault density in m-plane GaN grown on SiC［J］.Applied Physics Letters，2008，93（11）：111904.

［3］KAMIYAMA S，HONSHIO A，KITANO T，et al.GaN growth on （30-38） 4H-SiC substrate for reduction of internal polarization［J］.Physica Status Solidi （c），2005，2（7）：2121-2124.

［4］苏州.知识管理视角下产学研合作创新冲突分析与治理对策［J］.科技进步与对策，2018，35（24）：64-70.

G644

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.14.031

2095－6835（2020）14－0081－03

赵雅飞（1984—），女，河北保定人，硕士，助理研究员，高级专利咨询师，有多年专利审查工作经验，主要从事专利分析咨询工作。

〔编辑：严丽琴〕