近年来,GaN基发光二极管（LED）由于耗能低、绿色环保、寿命长、尺寸小等优点引起了人们越来越多的关注,被广泛用于全彩显示器、交通信号灯、固态照明等领域,但是GaN基LED的发光效率仍需进一步改进,然而外量子效率低的问题仍需要克服,关键问题是如何解决GaN与空气界面存在的全反射角引起的光提取效率（LEE）低问题。本文围绕基于单层胶体晶体衍生纳米结构提高LED的发光效率进行研究,利用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）在蓝宝石c面上生长In GaN/GaN多量子阱结构的LED,制备单层二氧化硅（Si O₂）纳米球膜,并将其应用到GaN基LED表面进行掩模刻蚀,实现芯片表面图案化,增强LED的发光效率。如何制备单层纳米球掩模是目前的热点和难点。为了找出最优的高质量单层Si O₂纳米球阵列排布,本论文设计了旋涂法和浸渍提拉法这两种小球涂布实验方法。通过金相显微镜和SEM对所得到的Si O₂纳米球的形貌进行分析,研究发现:（1）旋涂法自组装过程的Si O₂纳米球的浓度影响着自组装形成的薄膜厚度;悬浮液溶剂的稀释比控制着Si O₂纳米球溶液的挥发性和延展性;匀胶机的旋转加速度为Si O₂纳米球悬浮液提供扭曲力减少Si O₂纳米球飞溅到基片外。（2）浸渍提拉法自组装过程的悬浮液的用量在一定范围内会达到饱和;分散剂的加入改变了Si O₂纳米球表面的物化性质,可与有机物产生相容性,改善Si O₂纳米球的分散性;SDS表面活性剂的添加,改变了溶液表面的界面状态,使得纳米球在气液自组装界面的排布更加均匀。将两组最佳效果进行研究分析得出提拉法形成六角密排结构且单层阵列的最优。从影响GaN基LED的出光效率的因素角度出发,本文进一步设计将单层二氧化硅阵列作为掩模板,使用自上而下的ICP刻蚀技术在LED的P-GaN层制备出周期性纳米图案。刻蚀得到的纳米结构的GaN呈现出应力松弛,与平片的LED相比,具有纳米图案表面的LED的光提取效率受到极大的影响。浅刻蚀深度可以阻止LED内载流子的自发辐射复合导模转化,同时还可以增强纳米图案对导模的耦合作用,若刻蚀深度过深纳米图案会对有源层产生破坏而使得有源层内的光子态密度大大减小导致载流子辐射复合率降低,所以需要优化刻蚀深度,找出器件的整体发光性能和耐压特性等综合特性最佳时的深度。考虑到刻蚀深度对LED的发光效率有着极大的影响,本文设计了三种不同刻蚀深度的实验,从样品的表面应力、发光强度等方面的变化分析刻蚀深度对外延片的影响,并制作成器件进行光电性能测试。再根据测试结果分析不同的刻蚀深度影响LED发光效率的内在机理,从中找到了最优的刻蚀深度。本文实验结果表明,利用单层二氧化硅纳米球刻蚀能够有效地提高LED的发光效率,在20m A注入电流下,光输出功率提高的幅度可达11.7%。本文通过优化实验参数得到了高质量单层有序的二氧化硅纳米球阵列并且找到相对较优的刻蚀深度为150nm,从而提高了LED的发光效率,也进一步为改善发光效率的研究给出了一定的方向。