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随着倒装焊工艺的不断成熟与完善，新型倒装结构LED在满足功率型发光与实现芯片集成化方面具有独特的优势和广阔的前景。倒装结构不仅解决了散热问题，而且蓝宝石作为出光面大大增大了芯片表面出光能力。然而，倒装结构中有源区产生的光子要想从蓝宝石出光面射出还需要透过GaN和蓝宝石的界面，所以芯片内部的界面全反射导致的低提取效率成为了倒装LED光效提升的最大阻碍。通过微纳刻蚀，破坏倒装LED芯片内部全反射，增强从GaN到蓝宝石衬底的透射光比例是提高倒装LED光提取效率最有效的方法。我们的工作是通过刻蚀纳米图形衬底的方法，基于薄膜增透原理以及等效介质理论，在GaN与蓝宝石衬底界面获得等效介质增透层来增强倒装结构LED的发光效率，并在此基础上对纳米异质外延工作做了优化，具体的工作内容如下: 1.通过Trace-Pro模拟仿真和实验测量，对比微米图形衬底(Micro PatternedSapphire Substrates，MPSS)对芯片GaN表面和蓝宝石表面光输出功率的不同影响，探索其提高正装和倒装LED发光效率的可行性，结果发现，微米图形衬底在提高倒装结构LED光提取效率方面效果并不明显，主要是因为几何光学的散射作用并不能非常有效的增强光从GaN到衬底的透射光比例，从而将目光转向波动光学，利用纳米图形衬底（Nano Patterned Sapphire Substrates，NPSS）寻求出路。 2.基于薄膜增透理论和等效介质理论，提出在GaN/衬底界面制备等效介质增透层的设想，该层结构由NPSS与图形间隙处的GaN材料组成，其等效折射率处于GaN和蓝宝石之间，可以有效的增强光子从GaN到蓝宝石衬底的透射光比例，大大提高了倒装结构蓝宝石出光面的出光效率。并且利用有限时域差分法(FDTD)对比了不同参数的NPSS以及界面有无空气隙对倒装结构LED出光功率的影响。模拟结果显示芯片光输出功率的最大增长因子达到了2.48。 3.本研究工作的NPSS主要利用纳米球刻蚀得到，通过不断的优化刻蚀工艺，获得最接近模拟值的NPSS结构，再通过一定的外延生长参数调节，保证图形间隙的成核生长，抑制空气隙的引入，获得理想的增透界面结构。实验结果显示，在额定工作电流100 mA下，嵌入了等效介质层的倒装LED芯片与传统倒装LED芯片相比光输出功率增强了38％，与空气隙存在的倒装结构LED相比增强了20％。 4.论文最后研究了纳米异质外延的生长机制，指出其不同于平面衬底以及MPSS的生长机理，通过调节低温缓冲层、粗化层的生长参数，例如缩短缓冲层和粗化层生长时间、降低粗化层生长温度，充分地利用三维应力释放和横向外延过生长两种机制，极大地提高了外延材料的晶体质量，减少了外延层中的缺陷密度。