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色散模块是光谱仪器中的核心部分,传统的色散模块由昂贵的光栅、透镜和CCD组成。随着光谱技术从实验室向工业和日常应用扩展,如何实现光谱仪的低成本、微型化已成为一个重要的课题。阵列波导光栅(AWG)芯片采用波导元件替代传统光栅、透镜的功能,而光电探测器(PD)阵列可取代CCD并与AWG集成在同一块芯片上,因此,AWG和PD的单片集成可实现传统色散模块的功能。拉曼光谱具有“指纹”特性。不同的物质其拉曼光谱是不同的,可以通过拉曼光谱有效鉴别化学成分,尤其拉曼光谱分析具有快速、非侵入、可通过特征峰同时鉴别混合物中的多种化学成分等优点,在食品安全、环境检测和医疗诊断等领域市场前景广阔。但拉曼光谱仪由于采用精密的光学元件和CCD并需要精确地光学装配,高昂的价格制约了其广泛应用。拉曼光谱仪由激光器、拉曼探头和色散模块组成,由于半导体激光器芯片的发展,以及芯片上光子晶体技术的进步,激光器和拉曼探头已经可以芯片化。如果实现了芯片上的色散模块,将使芯片式拉曼光谱仪的实现成为可能。本文以785 nm激光激发的拉曼光谱仪作为应用方向,主要介绍AWG芯片的工艺改进;适合AWG芯片的光电探测器(PD)的设计、工艺和测试;AWG于光电探测器芯片的集成工艺研究等内容,研究内容主要包括:1.采用OptiBPM软件设计了拉曼光谱仪专用的AWG芯片;2.为减小AWG芯片的损耗,采用了调整芯层的工艺参数、改进芯层刻蚀掩膜、增加包层厚度、采用原位包层-芯层-包层PECVD生长等工艺改进,通过测试反馈,确定了优化的工艺参数;3.根据AWG输出光信号的光谱成分和光斑大小,设计了专用的PD,并进行了工艺流片和测试;4.提出了将AWG和PD单片集成的工艺方案,并进行了工艺实验。在上述工作中体现的创新点主要包括AWG与PD单片集成工艺,该工作已申请了中国发明专利和PCT国际专利。