发光二极管(light emitting diode,LED)作为一种新型固态光源,已被广泛应用于各个领域,实现了人类照明史的又一次技术革命。但在实际应用中,LED的发光效率往往低于传统光源,这成为限制LED进一步应用的技术瓶颈。所以如何提高LED的发光效率已经成为当今研究的热点。基于此,提出采用一维缺陷光子晶体和二维光子晶体结构提高LED光取出效率,通过分析光子晶体结构参数对LED光取出效率的影响,得到最佳的晶体结构并用光学仿真证明了光子晶体LED的优越性。首先,以能带理论为基础分析LED发光原理并介绍决定其光学性能的参数,在此基础上,建立LED电光转换效率的数学模型,研究内量子效率和光取出效率对LED电光转换效率的影响。重点分析影响光取出效率的因素,并采用光子晶体结构提高LED的光取出效率。其次,应用一维光子晶体结构的窄带反射特性,将有源层射向衬底的光反射回去以减少衬底及电极对光的吸收;采用传输矩阵法分析一维光子晶体的反射特性,在此基础上设计带有一维缺陷光子晶体结构的LED,并对参数进行优化实现了对任意入射角度的光反射。再次,利用二维光子晶体结构的衍射特性使导行模式的光衍射出芯片。基于严格耦合波理论和等效介质理论,分析二维光子晶体的衍射效率。在普通LED表面设计二维光子晶体结构,选取适当的晶格常数和空气孔深度,实现最大衍射效率。最后,结合一维缺陷光子晶体与二维光子晶体设计LED芯片模型,并应用Tracepro软件进行光学仿真,对仿真结果进行分析,并与传统LED结构进行比较,证明光子晶体LED的优越性。