自组装的InAs/GaAs量子点红外光电探测器（QDIPs）作为先进的红外成像和传感平台，一直受到广泛关注[1],[2],[3],[4]。它们的三维载流子限制、离散的能级以及正常入射吸收特性，使得暗电流降低，工作温度范围扩大，从而克服了量子阱红外光电探测器和体半导体探测器的基本局限性[5],[6],[7],[8]。通过优化能带工程[9],[10]、电流阻挡层[11]和应变控制封顶层[13],[14],[15]，InAs和InGaAs基量子点结构在中间和长波红外范围内的响应度、灵敏度和光谱覆盖范围都取得了显著进展。
大多数高性能QDIPs是通过分子束外延（MBE）在天然III-V族衬底（如GaAs和InP）上实现的，因为该方法能够精确控制量子点的成核和层厚度[16],[17]。然而，MBE的生长速率低、资本成本高且可扩展性有限，这促使人们转向MOCVD技术。MOCVD在商业III-V族光电子器件中得到广泛应用，并且已经实现了与MBE在III-V族衬底上相当的性能[18],[19],[20]。迄今为止，尚未有报道仅使用MOCVD在Si上生长出完整的InAs/GaAs QDIPs。
将III-V族QDIPs集成到Si上的动机在于，这有望实现低成本、大面积的的中红外成像平台，便于与Si读出电子设备和Si光子器件进行单片集成[21],[22],[23]。早期的研究依赖于金属键合和外延剥离等异质方法，将预先生长的量子点结构转移到Si上同时保持其光学性能[24]。最近，直接在Si上通过MBE生长的单片InAs/GaAs QD探测器证明了III-V族材料在Si上的应用可行性[25]。然而，这些方法仍存在一些持续存在的挑战：GaAs和Si之间的晶格和热膨胀不匹配会导致较高的位错密度；轴心Si衬底会产生反相边界，降低器件的一致性[26],[27]；最重要的是，必须依赖MBE作为唯一有效的生长方法来在Si上获得均匀的量子点，这限制了可扩展性并阻碍了实际应用[25]。
与此同时，通过在偏轴Si衬底上使用MOCVD、优化的AlAs成核、热循环退火（TCA）和工程化的位错过滤层（DFLs），GaAs在Si上的异质外延技术显著降低了位错密度（TDD）[28],[29],[30],[31],[32]。这些进展使得在Si上生长的InAs/GaAs QD激光器的缺陷密度控制在106至107 cm?2范围内，器件性能可与III-V族天然衬底媲美[14]。此外，多项研究表明，偏轴衬底改变了原子扩散的行为，促进了InAs量子点的有序排列，从而提高了横向均匀性和发射线的宽度[29],[30],[31],[32]。这些改进直接提升了QDIPs的像素间均匀性、光谱稳定性和噪声性能。
尽管取得了这些进展，但尚未实现完全通过MOCVD在Si上生长的单片InAs/GaAs QDIPs，现有的基于Si的QD探测器主要依赖于MBE和/或晶圆键合技术[4],[23],[24]。此外，目前尚不清楚在偏轴Si上通过MOCVD生长的量子点是否能够同时满足中红外光检测所需的形态均匀性、窄光谱响应和低暗电流特性。
在这项工作中，我们首次实现了仅使用MOCVD在4°偏轴Si(001)衬底上单片生长出的自对准InAs/GaAs QDIPs。通过AlAs成核、TCA和四层In0.14Ga0.86As/GaAs DFLs，位错密度（TDD）降低到了大约1.2×107 cm?2
