Fabrication and optoelectronic characterization of Ge-on-Si photodetectors

This thesis describes the process of fabrication and characterization of Ge-on-Si photodiodes for detection in the near-infrared. The devices have been fabricated starting from four different wafers of germanium epitaxially grown on a silicon substrate, each with a different growth protocol. The thesis is articulated in three different section: in the first chapter a description of the theoretical model of the studied devices is made, in the second and third chapter the growth and the fabrication processes are described in detail and the last part, coincident with the fourth chapter, consists in the devices optical and electrical characterization, specifically their dark current, responsivity and detectivity. Through all the thesis, a comparison between the results obtained with devices fabricated starting from different wafers is performed, trying to highlight and understand if differences on photodiodes quality are attributable to the distinct growth process.

Questa tesi descrive il processo di fabbricazione e caratterizzazione di fotodiodi Ge-on-Si per il rilevamento nel vicino infrarosso. I dispositivi sono stati fabbricati a partire da quattro wafer diversi di germanio epitassiale cresciuto su un substrato di silicio, ognuno con un differente protocollo di crescita. La tesi si articola in tre diverse sezioni: nel primo capitolo viene fatta una descrizione teorica del modello dei dispositivi studiati, nel secondo e nel terzo capitolo i processi di crescita e fabbricazione vengono descritti nel dettaglio e l'ultima parte, coincidente con il quarto capitolo, consiste nella caratterizzazione ottica ed elettrica dei dispositivi, specificatamente la loro corrente di buio, responsività e detectivity. Durante tutta la tesi viene fatto il paragone tra i risultati ottenuti con i dispositivi fabbricati a partire dai diversi wafer, cercando di evidenziare e capire se le differenze nella qualità dei fotodiodi sono attribuibili ai differenti processi di crescita