光纤通信自诞生以来便以超大的通信容量、超长的传输距离等无与伦比的优势成为了各种通信网络的主要传输方式。当前,“宽带中国”战略的稳步推进,5G商业化时代的来临,FTTX建设以及互联网、大数据、云计算等新型应用的井喷式发展,为光纤通信的发展提供了前所未有的机遇。在光纤通信系统中,光探测器负责将光信号转化成电信号,是光纤通信系统的关键组件之一。光探测器性能是衡量整个系统优劣的关键因素之一。PIN光探测器结构简单、性能良好,是光纤通信系统中应用最广泛的光探测器之一。但在PIN光探测器中,效率和响应速度的相互制约限制了探测器性能的进一步提高。为了缓解这个矛盾,本文提出了基于二维反射汇聚光栅的蘑菇型光探测器。理论上证明了蘑菇型结构能提高PIN光探测器响应速度。成功的试验出了制备蘑菇型结构的关键工艺,制备出了 3dB带宽为24.1GHz蘑菇型光探测器。本论文主要研究成果和创新如下:1、提出了基于二维反射汇聚光栅的蘑菇型光探测器。缓解了传统PIN光探测器中量子效率和高速特性之间的矛盾,达到同时实现高量子效率和高响应速度的目的。2、优化设计了蘑菇型光探测器结构。研究了吸收区直径(d)与器件直径(D)之比d/D对蘑菇型光探测器性能的影响。设计了具有最优结构的蘑菇型光探测器。器件直径为30μm,吸收区厚度为0.5μm,d/D为0.5时,蘑菇型光探测器带宽达到38.5GHz,量子效率达到24.9%,集成二维光栅后量子效率提升到33.4%。3、解决了蘑菇型结构制备的工艺问题。利用湿法腐蚀成功刻蚀出蘑菇型结构,并且测量出蘑菇型结构的侧向腐蚀速率为0.3μm/min。4、制备了集成二维亚波长光栅的蘑菇型光探测器。测试结果显示,器件直径为30μm,吸收区厚度为0.5μm,3V反向偏压下,入射光波长为1550nm时,蘑菇型光探测器的3dB带宽为24.1GHz,带宽比相同尺寸的PIN光探测器提高了 39.9%。器件响应度为0.303A/W。