近年来,氮化镓（GaN）基发光二极管（LED）作为一种新型的固态光源,具有低功耗,长寿命,高发光效率等优点,在汽车照明、显示背光等方面发挥着重要的作用。目前,图形化蓝宝石衬底已经被广泛应用于GaN基LED器件的外延当中。但GaN基LED及其图形化外延衬底仍存在以下几个问题:1)传统蓝宝石衬底散热性能差,与GaN之间有较大的晶格失配,严重影响了 GaN材料的晶体质量以及传统正装LED的散热特性;2)常规尺度的图形化衬底干法腐蚀制备困难,成品率低,成本偏高;3)制备垂直结构LED工艺中的激光剥离技术,会在激光照射的过程中产生冲击波,造成器件的损伤,影响器件的性能。本文针对上述问题,在蓝宝石衬底上掩膜多层碳纳米管,并进行了 GaN材料及LED器件的外延和工艺制作。具体研究了:a)碳纳米管掩膜层数对GaN外延层晶体质量和应力的影响;b)基于碳纳米管掩膜的GaN基正装LED器件的光电特性和散热特性;c)基于碳纳米管掩膜的激光剥离工艺的改善以及垂直结构LED器件的光电特性。获得的主要结果如下:1.研究了碳纳米管掩膜层数对GaN材料的晶体质量和应力的影响。确定了插入2层碳纳米管掩膜的GaN外延片的晶体质量最好,螺位错和刃位错密度最低,同时能够保障GaN表面形貌的平整度。随着碳纳米管层数的进一步增加,GaN外延片表面的平整度和晶体质量会有所恶化。另外,插入两层以上的碳纳米管可以有效地降低外延层的应力,随着层数的增加,应力释放更加明显,这对于器件性能的提升以及调控都有着重要的作用。2.制备了基于不同层数碳纳米管掩膜的GaN基正装LED器件,并对其光电特性进行了分析。插入2层碳纳米管的正装LED器件的光学性能与散热性能最好,与无碳纳米管掩膜的正装LED器件相比,其饱和光功率提高了 555%,外量子效率的峰值提高了 874%。3.基于碳纳米管掩膜对激光剥离工艺进行了改善,将激光剥离的能量阈值从26.0mJ降低至20.7mJ,并且发现随着碳纳米管层数的增加激光剥离的能量阈值逐渐降低,直到3层时基本达到饱和。确定了插入3层碳纳米管掩膜的GaN外延片激光剥离后,样品的损伤最小。并在此基础上,制备了基于不同层数碳纳米管掩膜的GaN基垂直结构LED器件,并对其光电特性进行了分析。确定了插入2层碳纳米管的垂直结构LED的相对光功率和外量子效率最强,分别提升了 452%和522%。4.对比分析了垂直结构LED器件和正装LED器件的光电特性,发现垂直结构LED的光电特性有所改善。分析了器件发光波长红移和半高宽FWHM随电流的变化,确定了垂直结构LED由于激光剥离后应力的释放,QCSE有所下降,热效应与电流拥挤效应得到了明显的改善。