与传统光源相比,发光二极管(LED)具有能耗少、环境友好、寿命长、体积小等显著优势,已经广泛应用于交通信号指示和背光显示等领域。其中GaN基LED能够产生照明所需的白色光源,因此GaN基LED有望成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明工具。然而目前GaN基LED仍然存在一系列的问题限制其在白光照明领域的应用,其中之一就是出光效率不高。根据LED区域功能性的不同,利用微纳米结构提高GaN基LED出光效率成为近年来研究的热点。基于单层胶体晶体的微纳米加工技术是一种极富潜力的―自下而上‖制备有序微纳米结构的方法。本文工作围绕基于单层胶体晶体衍生微纳米结构提高LED出光效率进行研究。高质量的单层胶体晶体模板是制备有序微纳米结构的基础。首先,我们根据胶体球材料的不同,发展了两种制备大面积、高质量单层胶体晶体模板的方法。通过在胶体球之间形成粘连,增强了薄膜的机械强度,有效地减少了在溶剂挥发过程中和薄膜转移过程中所产生的新缺陷,得到高质量的单层胶体晶体模板。基于高质量单层胶体晶体模板并结合溶胶-凝胶浸渍法,在蓝宝石衬底表面制备有序SiO2纳米结构作为湿化学腐蚀蓝宝石衬底的掩膜。通过控制胶体球间隙的大小,得到了具有纳米火山图形和纳米倒锥图形两种不同形貌的纳米图形衬底,系统地研究了SiO2有序纳米结构的形貌与腐蚀后纳米图形衬底结构的关系。其中纳米倒锥图形衬底的制备过程不需要借助任何特殊的昂贵设备,全部采用化学方法进行。以其作为衬底外延LED结构,外延层晶体质量有所提高,封装后器件的电学性能基本没有损伤,在350mA注入电流下,光输出功率提高幅度可达56%。以单层胶体晶体作为紫外光刻中的微透镜阵列曝光紫外厚胶,得到了复杂的三维有序纳米结构。以此作为模板制备的纳米图形衬底可以有效地提高紫外LED的器件性能。利用时域有限差分法分别选用单球模型和矩形周期模型模拟胶体球曝光紫外薄胶的过程,胶体球直径从亚微米级扩展到微米级,探究了不同尺寸胶体球汇聚光的能力和汇聚光的分布特点,并从实验验证中获得了独特的六瓣花形有序结构。运用胶体球曝光紫外薄胶技术可以在蓝光LED中制备光子晶体结构,进而提高LED的器件性能。