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单芯片大功率LED可显著降低后端封装及组装成本，目前已成为照明用LED芯片发展的方向之一。本论文为了大幅提高LED的光输出功率，提出了新型的串并联网络技术结合冗余结构的芯片设计，既大幅增加了LED芯片的有源区面积获得了高的光输出光率，又有效地提高了芯片的良率。 本论文主要是围绕单片集成超大功率LED（几十瓦到千瓦）器件的芯片设计、理论计算、工艺摸索及性能表征展开。首先，采用并串联网络结构，设计了包含16级串联的单片集成的20W LED芯片，使用概率分析方法对芯片及并联单元的良率做了统计分析。单片集成20W的LED器件，在驱动电流为500mA时，实现了10.8W的蓝光输出，和2920lm的白光输出。在20W芯片的基础上，采用了多胞串并网络技术及冗余结构的设计，同时结合了匹配电阻技术，成功地在一个两寸晶圆上设计出了高良率的1000W的单片集成LED芯片。开发了适合串并联网络结构设计的芯片的工艺流程。成功制备出世界上第一个1000W的晶圆级超大功率蓝光LED芯片，在输入电流为5A时，正向工作电压为203V，对应1015W输入功率，获得了396W的蓝光功率输出，采用薄膜荧光粉技术和固体荧光晶体两种封装方式实现了白光的转换，获得了最大92000 lm的白光光通量输出。我们也对GaN基单片集成超大功率LED器件的结温进行了表征，并对器件封装进行了优化设计。采用热电分离紫铜基板，使20W芯片获得了均匀的结温分布，封装后的热阻为1.09K/W。采用高效的水冷散热系统，当晶圆级器件工作在5A下，水温为27℃时，芯片的平均结温低于90℃。此外，我们还构建了一种用于评估大面积LED芯片电流分布的热电耦合模型，基于20W芯片的热分布通过该模型计算出了芯片的电流分布，发现串联电阻和串并联网络结构可以有效抑制电流集中效应。平均结温是影响单片集成大功率LED芯片效率的主要原因，在1W/mm2功率密度下，热电耦合效应对其效率几乎没有影响。