최근 균열이 없는 GaN-on-Si 성장 기술은 고성능 전력 반도체 소자의 수요가 증가함에 따라 점점 더 중요해지고 있다. 본 논문에서는 성장 조건과 두께를 변화시켜, Si (111) 기판 위의 AlGaN/GaN HEMT용 버퍼 구조인 AlN 핵생성 층 및 step-graded AlGaN 층을 실험적으로 최적화하였다. 이는 균열이 없는 GaN-on-Si 에피택셜 성장을 달성하는 데 매우 중요하다. 또한 버퍼 트래핑 효과를 감소시키기 위해 AlGaN 백 배리어를 삽입하였고, 그 결과 캐리어 구속이 향상되며 전류 분산이 억제되었다. 먼저, AlN 핵생성 층은 285 nm의 두께로 최적화되었으며, SEM 이미지로 확인했을 때 가장 매끄러운 표면을 제공하였다. AlN 핵생성 층 위에, 최하부 층부터 최상부 층으로 Al 조성을 증가시키는 방식으로 4개의 step-graded AlGaN 층을 연속적으로 성장시켰는데, 이는 최하부는 AlN에 가깝게, 최상부는 GaN에 가깝게 하여 에피택셜 층에서의 응력과 변형을 점진적으로 감소시키기 위함이다. 또한 두꺼운 step-graded AlGaN 버퍼 층이 더 나은 결정 품질과 표면 형상, 그리고 더 낮은 버퍼 누설 전류에 적합하다는 점이 예상대로 검증되었다. 이러한 최적화된 버퍼 구조 위에 AlGaN 백 배리어를 도입하였고, Si (111) 기판 위의 AlGaN/GaN HEMT 소자 특성에서 백 배리어의 효과가 전이 특성, 출력 특성 및 펄스 I-V 특성과 같은 항목에서 명확히 관찰되었다.

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