高速通信用雪崩光電二極管專利分析

吳家隱 林傳億 陳智裕

摘要： 高速光電探測器是光通信的核心芯片，其中，雪崩光電二極管（APD）具有高靈敏性、低噪聲和高倍增帶寬積等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高速光通信領(lǐng)域。通過專利實證分析，對世界范圍和我國范圍內(nèi)的APD的專利申請趨勢、受理局排名、申請人區(qū)域分布以及申請人排名進(jìn)行探討。中國企業(yè)已經(jīng)形成了一定的技術(shù)積累和專利儲備，有望替代國外產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞： 雪崩光電二極管;專利;光通信

1引言

近年來，我國已建成了世界最大的光通信網(wǎng)絡(luò)，信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。然而，在高速光電探測器芯片方面，美國、日本企業(yè)壟斷絕大部分市場。承載著海量信息的激光信號轉(zhuǎn)化成電信號的通信用高速光電探測器[1]，是長途光通信領(lǐng)域重要的芯片之一，也是我國通信企業(yè)面臨美國禁售威脅的關(guān)鍵元器件。

APD具有高靈敏性、低噪聲和高倍增帶寬積的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于長途光通信[2]。但APD制作工藝復(fù)雜，能夠量產(chǎn)長途光通信用10Gb/s APD的廠商并不多，包括D-tech，Cyoptics（被Avago并購），Emcore，三菱（Mitsubish）等美日廠商，價格昂貴。

我國芯片行業(yè)要與國外展開競爭，技術(shù)研發(fā)和知識產(chǎn)權(quán)缺一不可。本文對通信用APD領(lǐng)域進(jìn)行專利實證分析，揭示通信用雪崩光電二極管制作方面的發(fā)展趨勢及國內(nèi)企業(yè)在專利方面的競爭力。

2專利分析

2.1 ?APD技術(shù)步入成熟期

在世界范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)入成熟期，除了2002年外，該領(lǐng)域的專利申請數(shù)保持平穩(wěn)。在中國國家知識產(chǎn)權(quán)局，該領(lǐng)域?qū)＠孰A梯式上升。2003年以前受理的專利僅為個位數(shù)，在2003年到2004年邁入十位數(shù)，并在2005年到2007年間達(dá)到了年均20個。2008-2009年進(jìn)入了低谷期，然后再進(jìn)入年均申請量達(dá)30以上的階梯，顯示我國在該領(lǐng)域取得了進(jìn)步。

2.2受理局

專利申請人在專利的申請地域具有專利權(quán)，因此根據(jù)企業(yè)參與市場競爭的需要，選擇申請人所在地、競爭對手所在地或產(chǎn)品市場地來進(jìn)行專利申請。從世界范圍內(nèi)，日本作為光電器件研發(fā)、制造強(qiáng)國，其專利數(shù)量遠(yuǎn)高于其他國家和地區(qū)。而中國大陸地區(qū)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，既具有華為、中興這種光通信設(shè)備廠商，又是全球最大規(guī)模的光通信市場，因此也有大量的專利布局。美國光電器件廠商眾多，且通信市場較大，也是APD專利布局的重點(diǎn)區(qū)域。

2.3 ?申請人區(qū)域分布

如圖3（1）所示，日本企業(yè)在世界范圍內(nèi)的專利申請數(shù)達(dá)到949件，大大超過其他國家和地區(qū)。美國企業(yè)專利數(shù)量也達(dá)到了333件，顯示出深厚的專利儲備。國際范圍內(nèi)，來自中國申請人的專利申請數(shù)量也達(dá)到了224件，顯示出一定的技術(shù)實力和專利意識。如圖3（2）所示，在中國國家知識產(chǎn)權(quán)局受理的專利申請中，有216件專利來自國內(nèi)申請人。日本、美國企業(yè)在我國也有相應(yīng)的專利布局，分別達(dá)到了84和75件。

2.4 ?申請人排名

在世界范圍內(nèi)，專利申請量前十的企業(yè)中，以日本電氣株式會社（NEC）、日本電話電器株式會社（NTT）、日本特殊陶業(yè)株式會社（NGK）以及三菱電機(jī)株式會社等為代表的日本企業(yè)占了9席，顯示出雄厚的實力。其中，三菱電機(jī)、住友、NTT還在中國專利申請中名列前十，彰顯在中國光通信領(lǐng)域的影響力。中國在該領(lǐng)域?qū)＠暾埩枯^大的是高校與科研院所，這說明在通信用APD領(lǐng)域我國的科研院所和高校在該領(lǐng)域的科研實力已經(jīng)有了較大的提升。中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的專利申請量在世界范圍內(nèi)申請量排在第12，在中國位于第二。在中國專利申請排在前十的還有北京工業(yè)大學(xué)、電子科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)等三所高校及武漢電信器件有限公司（WTD）。國外的專利申請人以企業(yè)申請專利為主，而我國以科研院所和高校居多，市場轉(zhuǎn)化程度還有待提高。武漢電信器件有限公司是國內(nèi)第一大光通信器件供應(yīng)商，具備了10G APD芯片的生產(chǎn)能力，且具有一定的專利儲備，這有助于實現(xiàn)我國在關(guān)鍵光電芯片領(lǐng)域的自主可控。

3結(jié)束語

本文通過專利實證分析，對世界范圍和我國范圍內(nèi)的APD的專利申請趨勢、受理局排名、申請人區(qū)域分布以及申請人排名進(jìn)行探討。分析表明，以武漢電信器件有限公司為代表的中國企業(yè)在技術(shù)積累、專利儲備方面均取得了一定成績，在高速光通信探測器領(lǐng)域有望替代國外產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]Nadir， Dagli. High-speed photonic devices[M]. Philadelphia， PA， United States： Taylor & Francis， Inc.， 2006.

[2]吳家隱.超高速通信用雪崩光電二極管的研究[D].廣州：中山大學(xué)，2010.

作者簡介：

吳家隱，工程師，碩士，畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，主要研究方向為光電傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)及云計算。

林傳億，工程師，碩士，畢業(yè)于中山大學(xué)，現(xiàn)任職于廣州市匯源通信建設(shè)監(jiān)理有限公司，主要研究方向為通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)及云計算。

基金項目：2018廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才類項目（項目編號：2018GkQNCX140）;2020年廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級質(zhì)量工程科研項目（項目編號：202038）;2020年廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級質(zhì)量工程教研教改項目（項目編號：202012）;2020年廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項獎金（“攀登計劃”專項資金）（項目編號：pdjh2020b1085）