ニュース： マイクロエレクトロニクス
２０１８年１２月２７日
窒化ガリウム (GaN) パワーデバイスは、横型 GaN デバイスをはじめ、いくつかのパワーアプリケーションに採用されています。 新しい GaN エレクトロニクス IP レポートのリリース後、テクノロジー インテリジェンスおよび IP 戦略コンサルティング会社 KnowMade は、パワー GaN 特許の状況における垂直 GaN デバイス技術の状況について議論します。 縦型GaNは、横型デバイスのブレークダウン電圧と電流容量の制限を克服し、同時に熱の問題を軽減できる可能性があるため、次世代パワーデバイスの有望な技術とみなされています。
中国が垂直型GaN発明活動で日本からリーダーシップを引き継ぐ
特許取得活動 (図 1) によると、縦型 GaN パワーデバイスの知的財産 (IP) 開発は、2000 年代半ばに日本企業 (住友電工、ローム、トヨタ自動車) が主導して始まりました。 しかし、年間の発明の数は2012年までは比較的少ないままでした。2013年には、住友電工、豊田合成、ソウルセミコンダクター、アボジー（パワーGaNの特許は2017年にNexGen Power Systemsに譲渡されました）が牽引し、発明活動が急激に増加しました。 2015年以降、富士電機、デンソー、パナソニック、ボッシュなどの新たな有力イノベーターの参入により、縦型GaNパワーデバイスの知財活動は頭打ちとなっている。 注目すべきことに、研究機関である西甸大学とUESTCが率いる中国のプレーヤーは、創意工夫活動で主導権を握っているようで、2020年以来毎年日本のプレーヤーを上回っています。
図 1: 2001 年以降の縦型 GaN パワーデバイスに関連する特許公開の時間推移。
垂直GaN分野のIP新規参入者のほとんどは中国から来ている
2019年以降に特許業界に参入した主な知財新規参入者は、山東大学や西安交通大学などの中国の研究機関と中国企業である。 その2018つが2020年に設立された新興企業のGLCセミコンダクターで、GaNエピウェーハの開発と生産に重点を置き、GaNチップの設計、生産、パッケージング、テストサービスを提供している。 同社はXNUMX年に縦型GaN FET構造に関連するいくつかの発明を発表し、会長の葉俊敏氏が発明者となった。 興味深いことに、ほとんどの中国企業が中国国内のみで発明の保護を求めているのとは異なり、GLC は米国でいくつかの特許出願に成功しています (US11411099, US10854734）、中国に加えて台湾。
中国国外では、ゲント大学との提携に続き、2020年のimecなど、いくつかの著名なプレーヤーがこのIP分野に参入し、半垂直型および垂直型GaNパワーデバイスの開発を目指している（US20220406926, EP3627559）。 同時に、imec は縦型 GaN パワー ダイオードとトランジスタを統合するアプローチを開発しました (US11380789）。 興味深いことに、CEAを含む他の主要なヨーロッパの研究機関が2019年以降、この分野での知財活動を再開しています。 フランスの研究機関は、新しい縦型 GaN パワー デバイスの開発に向けて CNRS と協力しています (US20230136949）、2022年には縦型GaN FETを説明するXNUMXつの追加発明を発表しました（US20220310790) とダイオード (US20220037538）。 米国では、コーネル大学の研究者リック・ブラウン氏とジェームス・シーリー氏によって2019年に設立された新興企業オデッセイ・セミコンダクターが、2022年に縦型パワーGaNデバイスの特許分野に参入し、最初の特許ファミリー（発明）に縦型GaN FETが記載されている（US11652165, US11251295).
NexGen と Bosch が挑戦する日本の老舗 IP プレーヤー
2017年のAvogyの破産後、同社CEOのDinesh Ramanathan氏は新興企業NexGen Power Systemsを設立し、AvogyのパワーGaN特許を取得した。 2021 年、NexGen はこの分野で独自の特許取得活動を開始しました。 それ以来、同社は縦型 GaN FinFET に関連するいくつかの特許出願を含む 10 件を超える発明を公開してきました。 US20230260996 & US20230246027）。 2012 年の最初の特許公開 (US9525056）。 しかし、ボッシュは2019年までこの分野で活動していませんでしたが、2021年に同社は、特許出願を含む15以上の新しいパテントファミリー（発明）により、垂直パワーGaNテクノロジーの知財戦略を加速しました。 US20220310836 & US20220285542.
図2: 2000年以降、縦型GaNパワーデバイスに関連する発明活動を推進している主なプレーヤー。
これまでのところ、日本の主要なイノベーターは中国企業ではなく、中国の研究機関、特に西甸大学とUESTCから挑戦を受けている（図2）。 これらの中国の大学は、自らの発明を保護するために中国に焦点を当てており、国内の垂直型GaN技術の開発を支援するために特許ポートフォリオをどのように活用するかはまだ分からない。 一例として、急速に発展するパワーSiC業界では、そのような組織がパートナーシップや特許譲渡を通じて国内の新たなプレーヤーの出現を推進しているのを私たちは見てきました。 GaN エレクトロニクスに関して、KnowMade は、新しいプレーヤーの参入を検出するためにいくつかの監視ツールを実装しました。 特許の状況 とで 科学的景観.
日本のプレーヤーは、発明の点で縦型 GaN パワーデバイスに関する最大の特許ポートフォリオを所有していますが (図 2)、IP 競争に対する影響は非常に対照的です (図 3)。 たとえば、この分野の主な革新者である住友電工は、もはや縦型 GaN パワーデバイスで競争していないようです。同社は縦型 GaN 発明を保護する特許の 70% を放棄しました。 トヨタグループ内では、豊田合成、トヨタ自動車、デンソーなどの数社が垂直型GaN特許を積極的に出願している。 その結果、トヨタグループは、この分野において誰もが認める知財リーダーとして際立っています。 しかし、これらの企業は長年にわたり、垂直型 GaN パワー デバイス IP 分野において全く異なる軌跡をたどってきました (図 3)。
図 3: 縦型 GaN パワーデバイスの世界的な IP 競争。
2000 年代に特許の出願を開始したトヨタ自動車は、住友電工や富士電機とともに、この分野における主要な歴史的プレーヤーの 2018 つです。 しかし、トヨタがパワーGaN技術の開発を加速するために、20年にこの分野の新規参入者であるデンソーと提携を開始するまで、その知財でのリーダーシップは限定的なままであり、2014件以上の特許の共同出願につながった。 それ以来、複数の垂直 GaN 共同出願の所有権がデンソーに譲渡され、デンソーがこの提携においてリーダーシップをとったことが確認されました。 これに対し、豊田合成はトヨタ自動車よりもずっと遅れて2021年から縦型GaN MISFETの開発を記載した縦型GaN特許出願を積極的に公開し始めた。 豊田合成は、縦型GaNパワーデバイスで最も多くの特許を取得し、この分野で最も確立されたIPプレーヤーとしての地位を確立した後、XNUMX年に知的財産活動を停止した。 最近は豊田合成 発表の 大阪大学との共同研究により、パワーデバイスをターゲットとした直径6インチのGaN基板の開発に成功しました。
トヨタグループのリードに続いて、富士電機とNexGenが縦型GaNパワーデバイスの主要なIPリーダーとして台頭し、ボッシュが主要なIPチャレンジャーとなった。 図 3 に示すように、西甸大学は他の主要な知財プレーヤーとの差を縮めつつありますが、これまでのところその知財活動は中国に限定されています。
垂直型GaN技術のIPの主戦場は米国にある
米国は、縦型GaNパワーデバイスに関する特許取得数が日本を上回って最多となっている。 実際、この分野で確立された知財プレーヤーのほとんどは、本社国に加えて米国領土にも知財戦略を集中させている日本のプレーヤーです (図 4)。 しかし、現在の知財トレンドによれば、垂直型 GaN 特許に関しては中国が間もなく最も混雑する地域になる可能性があります。
図 4: 世界中で競争する主要企業の知財戦略。
2023 年の時点で、日本のプレーヤーは知財のリーダーシップを他の国 (中国、韓国、台湾、ドイツ) に拡大することを目指していません。 日本のプレーヤーは別として、主要な知財プレーヤーは日本で自分たちの発明を保護することに関心がありません。 その代わりに、NexGen は中国における知的財産の地位を強化することを目指しています。 当然のことながら、ほとんどの中国企業は自国の領土での知財活動に焦点を当てており、他の国では目立った知財活動を行っていません。 同様に、ボッシュはこれまで知的財産活動をヨーロッパにほぼ限定しており、米国特許 XNUMX 件と中国特許 XNUMX 件のみを出願している。 それでも、ボッシュは最近いくつかの PCT (特許協力条約) 出願を提出しており、これらの国でさらに多くの特許出願が行われる可能性があります。 垂直型 GaN 技術の成熟度が増し、新たな用途が見つかるにつれ、IP プレーヤーが垂直型デバイスでパワー GaN 市場に参入し、特許取得活動の地理的範囲を拡大する、つまり、主要なパワー エレクトロニクス市場で主要な発明を保護することを期待しています。 。
20 年にわたる革新を経て、垂直 GaN テクノロジーの IP 競争は始まったばかりです
1000年代以降、縦型GaN技術の開発を対象として2000件を超える特許ファミリー（発明）が出願されているが、知財競争はこれまでのところ驚くほど穏やかだ。 この状況は、垂直 GaN デバイス技術への投資が比較的限られていることを反映しています。 比較のために、これまでにパワーSiCデバイスに関して6000以上の発明が開示されており、この技術はパワー用途において縦型GaNと直接競合する技術である。 しかし、どちらの技術も材料とデバイスのプロセスに関して同様の技術的問題を共有しており、そのため、高出力および高温のアプリケーションで必要とされる成熟度に達することが特に困難になっています。
しかし、既存の自動車会社を含むいくつかの企業は依然として垂直型GaN技術に投資を続けています。 実際、いくつかの確立された IP プレーヤー (富士電機、NexGen、トヨタ自動車) と比較的新しい IP プレーヤー (デンソー、ボッシュ) が特許出願を加速しています。 したがって、垂直型 GaN の特許情勢は、今後 XNUMX 年間で競争が激化すると予想されます。 重要なのは、この技術自体が証明しているように、この分野で定評のある知財プレーヤー数社が縦型GaNパワーデバイスの産業化と商品化に備えて知財活動を再開する可能性があることです（ローム、ソウル半導体、住友電工）。
パワーGaNデバイスのIPダイナミクスが将来の市場拡大を予告
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- 情報源： https://www.semiconductor-today.com/news_items/2023/dec/knowmade-111223.shtml
