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點，被廣泛應用于高速光通信領域。通過專利實證分析，對世界范圍和我國范圍內的APD的專利申請趨勢、受理局排名、申請人區域分布以及申請人排名進行探討。中國企業已經形成了一定的技術積累和專利儲備，有望替代國外產品。

關鍵詞： 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絡，信息產業快速發展。然而，在高速光電探測器芯片方面，美國、日本企業壟斷絕大部分市場。承載著海量信息的激光信號轉化成電信號的通信用高速光電探測器[1]，是長途光通信領域重要的芯片之一，也是我國通信企業面臨美國禁售威脅的關鍵元器件。

APD具有高靈敏性、低噪聲和高倍增帶寬積的優點，非常適用于長途光通信[2]。但APD制作工藝復雜，能夠量產長途光通信用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。

我國芯片行業要與國外展開競爭，技術研發和知識產權缺一不可。本文對通信用APD領域進行專利實證分析，揭示通信用雪崩光電二極管制作方面的發展趨勢及國內企業在專利方面的競爭力。

2專利分析

2.1 ?APD技術步入成熟期

在世界范圍內，本領域技術進入成熟期，除了2002年外，該領域的專利申請數保持平穩。在中國國家知識產權局，該領域專利呈階梯式上升。2003年以前受理的專利僅為個位數，在2003年到2004年邁入十位數，并在2005年到2007年間達到了年均20個。2008-2009年進入了低谷期，然后再進入年均申請量達30以上的階梯，顯示我國在該領域取得了進步。

2.2受理局

專利申請人在專利的申請地域具有專利權，因此根據企業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品市場地來進行專利申請。從世界范圍內，日本作為光電器件研發、制造強國，其專利數量遠高于其他國家和地區。而中國大陸地區通信產業發達，既具有華為、中興這種光通信設備廠商，又是全球最大規模的光通信市場，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專利布局的重點區域。

2.3 ?申請人區域分布

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

2.4 ?申請人排名

在世界范圍內，專利申請量前十的企業中，以日本電氣株式會社（NEC）、日本電話電器株式會社（NTT）、日本特殊陶業株式會社（NGK）以及三菱電機株式會社等為代表的日本企業占了9席，顯示出雄厚的實力。其中，三菱電機、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域的影響力。中國在該領域專利申請量較大的是高校與科研院所，這說明在通信用APD領域我國的科研院所和高校在該領域的科研實力已經有了較大的提升。中國科學院半導體研究所的專利申請量在世界范圍內申請量排在第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大學、電子科技大學、北京郵電大學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申請專利為主，而我國以科研院所和高校居多，市場轉化程度還有待提高。武漢電信器件有限公司是國內第一大光通信器件供應商，具備了10G APD芯片的生產能力，且具有一定的專利儲備，這有助于實現我國在關鍵光電芯片領域的自主可控。

3結束語

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

參考文獻：

[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，2010.

作者簡介：

吳家隱，工程師，碩士，畢業于中山大學，現任職于廣東郵電職業技術學院，主要研究方向為光電傳感技術、物聯網及云計算。

林傳億，工程師，碩士，畢業于中山大學，現任職于廣州市匯源通信建設監理有限公司，主要研究方向為通信技術、物聯網及云計算。

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