近年来,氮化镓基发光二极管(LED)飞速发展,而氮化镓基LED的效率和性能超过磷化铟、砷化镓系列LED,逐步独占LED的市场。LED越来越多应用于照明和显示领域,例如信号灯指示灯,全彩色显示,室外景观照明及室内通用照明。这些用途都需要大功率、高效率的LED。LED芯片的出光效率取决于外量子效率和内量子效率两者的乘积,现在氮化镓基LED的内量子效率已经可以达到80%以上,而外量子效率还很低,所以国内外现在都致力高外量子效率LED芯片的研究。本论文提出了三种方案提高氮化镓基LED芯片外量子效率:本论文采用有限时域差分(FDTD)方法证实了,设计了一种二氧化硅-银微结构作为氮化镓基LED芯片的反射镜,其能提高芯片的外量子效率。该反射镜在蓝光波段反射率在94.5%以上,反射率要优于银和光子晶体反射镜。同时使用该结构做LED芯片的反射镜,能避免其他反射镜的一些缺点,在芯片制造工艺和成本上具有一定的优势。本论文还设计了一种二元闪耀光栅作为短波长LED芯片的反射镜,可以提高芯片的外量子效率。严格耦合波分析法(RCWA)模拟表明,通过沉积并刻蚀二氧化硅产生二元闪耀光栅结构,该反射镜在光波长300纳米到450纳米之间平均反射率在93.5%以上,可以提高短波长LED芯片的外量子效率。本论文设计了一种新型垂直结构LED的工艺实现方案,引入键合工艺,使得蓝宝石衬底可以减薄到10微米以下,干法刻蚀蓝宝石衬底成为可能。本结构散热性、刻蚀工艺控制性、电流注入效果会相对有所改善,芯片尺寸可以做到1毫米*1毫米米以上,从而可以得到大功率LED芯片。