Suspended graphene on Ge micro-crystals

Ge micro-crystals can be grown by means of a Low-Energy Plasma-Enhanced CVD (LEPECVD) tool, exploiting the “self-assembling” growth of Ge/Si crystals on a patterned Si substrate. This vertical epitaxy, able to produce 3D micro-crystals, several micrometer tall, is characterized by a limited lateral expansion of the epitaxial micro-crystals and, by optimizing the growth parameters, it is possible to achieve a complete expulsion of threading dislocations and an high light confinement with an elevated surface fill factor. Therefore, Ge micro-crystals are appealing as building blocks for optoelectronic devices, able to operate in the near-infrared spectral region. In this thesis the optimization of different fabrication steps of these devices is presented, in particular the formation of a top transparent contact by using graphene. In fact the absorption of a graphene monolayer does not exceed 2.4% and so, using it as a contact, allows to reduce the absorption when compared to a metal contact. The fabricated devices are characterized by means of electrical and optical measurements, and in particular the photocurrent and the photoresponse measurements confirm the capability to fabricate optoelectronic devices made by Ge micro-crystals, exploiting the graphene properties as a non conventional electrical contact.

I microcristalli di Ge possono essere cresciuti ​​mediante “Low-energy enhanced CVD” (LEPECVD), sfruttando la crescita “self assembled” dei cristalli di Ge su un substrato di Si patternato. Questa epitassia verticale, in grado di produrre microcristalli 3D, alti diversi micrometri, è caratterizzata da una limitata espansione laterale dei microcristalli. Ottimizzando i parametri di crescita, è possibile ottenere una completa espulsione delle dislocazioni e un elevato confinamento della luce con “fill factor” superficiale maggiore del 90%. Pertanto, i microcristalli di Ge possono essere elementi costitutivi di dispositivi optoelettronici, in grado di operare nella regione spettrale del vicino infrarosso. In questa tesi viene presentata l'ottimizzazione delle diverse fasi di fabbricazione di questi dispositivi, in particolare la formazione di un contatto trasparente mediante l'uso di grafene. L'assorbimento di un monostrato di grafene non supera il 2,4% e quindi, utilizzandolo come contatto, consente di ridurre l'assorbimento rispetto a un contatto metallico. I dispositivi fabbricati sono caratterizzati da misure elettriche e ottiche, in particolare misure di fotocorrente e di fotorisposta confermano la capacità di fabbricare dispositivi optoelettronici basati su microcristalli di Ge, sfruttando le proprietà del grafene come un contatto elettrico non convenzionale.