GaN基LED在大注入电流密度时的“efficiency droop”现象及出光效率低下，成为限制大功率LED发光效率的两个首要问题。载流子泄露，结温升高，平面电极结构电流注入的不均匀性都有可能是上述问题的重要原因。设计高效率的电子阻挡层结构降低载流子泄露及采用导电性好的Cu或Si作为转移衬底制备垂直结构器件并制作表面微结构是提高GaN基LED器件效率的两个重要方法。本论文主要研究了新型多量子垒电子阻挡层结构提高GaN基LED注入效率的机制及制备GaN基垂直结构LED的关键技术，提出了提高出光效率的表面粗化的新方法，制备多种GaN基垂直结构LED器件并对其光电特性及老化特性进行了研究。主要研究成果如下：　　 （1）理论分析了AlGaN单层、GaN/AlGaN短周期超品格和GaN厚度逐渐增加或减少的GaN/AlGaN多量子垒（MQB）等四种电子阻挡层结构对载流子泄漏的抑制效率，发现阱宽逐渐增加的多量子垒阻挡层结构对泄漏的载流子具有最好的阻挡效果，并且对空穴输运造成的阻碍最小。首次制备了具有多量子垒阻挡层的InGaN/GaN多量子阱LED器件，使得在大电流注入下，包含MQB的样品的光功率及外量子效率有了分别有了23％和26％的提高。　　 （2）根据全向反射镜（ODR）的设计原理首次提出将GaN/ITO/Ag ODR结构应用于GaN基垂直结构LED。理论计算得到GaN/ITO/Ag ODR结构在450nm波长的0至90°角平均反射率为94％，实验证明其在可见光范围内具有比GaN/Ag结构更高的反射率。　　 （3）实现了完整2英寸GaN外延片的激光剥离，且总成品率在95％以上。剥离后器件反向漏电没有增加，正向电压显著降低0.2V，光功率提高20％，光功率饱和电流提高了一倍。提出并制备了应用厚膜GaN上的外延器件制备33微米自支撑GaN基垂直结构LED，与Cu热沉上的4微米薄膜垂直结构LED相比，漏电降低2个数量级，光功率提高30％，具有很大应用潜力。　　 （4）利用热磷酸腐蚀激光剥离后生成的N面GaN，发现腐蚀后的GaN表面呈现十二棱锥形貌。随着腐蚀时间和腐蚀温度的增加，十二棱锥的尺寸（高度、底面面积）增大，呈现出更加明显的晶向性。得到该腐蚀过程的活化能为1.25eV，提出了热力学机制限制及动力学机制调制的反应模型。　　 （5）从理论上系统研究了表面棱锥型微结构对GaN基垂直结构LED出光效率的影响，发现棱锥密度对出光效率影响最大，随着棱锥密度的增加，出光效率迅速提高，但当棱锥密度达到一定程度时，出光效率提高达到饱和。在实验上证明了热磷酸腐蚀足一种有效的提高出光效率的表面粗糙化手段。利用热磷酸腐蚀粗化GaN基垂直结构LED，与末粗化样品相比，光功率提高了2.5倍。由于热磷酸对光刻胶、SiO2等常用掩模没有破坏作用，因此具备比常规的KOH溶液具有史大的实际应用意义。