GaN基发光二极管（Light emitting diode,LED）是能将电能直接转化为光的半导体光电器件,具有体积小、发光效率高、亮度高、显色指数高、响应迅速和节能环保等优点,在照明领域和新型显示领域具有巨大的应用价值和前景。LED芯片依据芯片结构可以分为水平结构LED芯片、倒装结构LED芯片和垂直结构LED芯片三类,其中,垂直结构LED芯片在大电流、大功率的应用场景中具有更加卓越的性能,获得了学术界广泛的关注和研究。相比于水平结构LED芯片和倒装结构LED芯片,垂直结构LED芯片具有更好的散热性能、电流扩展性能和更大的发光面积。然而,在特种照明和车用照明等领域,垂直结构LED芯片的性能还需要进一步提高,尤其是光学性能方面还具备较大的提升空间。本文从GaN基大功率硅衬底垂直结构LED芯片的制造工艺出发,探究了垂直结构LED芯片的制造工艺对芯片本身光学特性的影响机制,并进一步通过光学仿真的方式,研究了垂直结构LED芯片的关键结构参数对芯片光学性能的影响规律。本文主要工作内容如下:（1）采用晶圆键合和激光剥离技术相结合的方法在4英寸硅衬底上制备出大功率垂直结构LED芯片。通过金属有机化学气相沉积设备在图形化蓝宝石衬底上生长GaN基LED外延层。采用离子束溅射在p-GaN表面直接溅射Ag薄膜,然后溅射一层Ti W合金层,制备基于Ag/Ti W金属堆栈层的高反射率低阻p型欧姆接触电极。然后通过Au-In共晶键合和激光剥离技术将LED外延层从蓝宝石衬底转移至硅衬底上,最后使用湿法腐蚀对暴露出的n-GaN的N极性面进行表面粗化,制备出高效率大功率硅衬底垂直结构LED芯片。（2）揭示了衬底转移过程中外延层的应力变化对垂直结构LED芯片光学特性的影响机制。在蓝宝石衬底上生长的LED外延层中具有较大的面内压应力,导致In GaN量子阱层形成压电极化电场,引发量子限制斯塔克效应。实验和仿真结果表明,LED外延层从蓝宝石衬底转移至硅衬底后,LED外延层的面内压应力减小,In GaN量子阱层中的压电极化电场减弱,能带倾斜减小,电子空穴波函数重叠区域增加,峰值波长产生蓝移,辐射复合效率升高,从而有效抑制了量子限制斯塔克效应。（3）研究了激光剥离技术和湿法腐蚀工艺在n-GaN表面形成的复合微结构对垂直结构LED芯片光提取效率的影响。激光剥离图形化蓝宝石衬底后,会在n-GaN表面形成微米尺寸的半球形凹坑结构,KOH溶液湿法腐蚀n-GaN的N极性面会在表面形成纳米尺寸的锥形结构,从而形成复合微结构。实验和仿真结果表明,微米凹坑侧壁可以减小部分大角度光线的入射角,而纳米锥形结构对入射光具有强烈的散射作用,从而导致n-GaN表面具有复合微结构的垂直结构LED芯片的光提取效率得到明显升高。在350 m A的注入电流下,n-GaN表面具有复合微结构的垂直结构LED芯片的光输出功率达到468.9 m W,相比n-GaN表面具有单一微米尺寸微结构的垂直结构LED芯片进一步提高了11.4%。（4）揭示了p-GaN层厚度对垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率的影响规律。垂直结构LED芯片中,有源层向顶部发射的光和底部反射镜的反射光之间会产生干涉效应,干涉模式主要由p-GaN层厚度决定。因此p-GaN层厚度的变化会影响垂直结构LED芯片内的光强分布和有源区的光局域态密度,进而对其光提取效率和辐射复合速率产生影响。仿真结果表明,随着p-GaN层厚度的变化,具有平滑表面的垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率均呈现出明显的周期性振荡的变化规律,且振荡周期与光波在GaN材料中的1/2波长接近。垂直结构LED芯片的光提取效率与辐射复合速率的极值点位置接近,因此,通过对p-GaN层厚度进行优化,可以使垂直结构LED芯片的光提取效率和内量子效率同时得到提高。进一步仿真分析了p-GaN层厚度对具有表面微结构（包括微米尺度凹坑结构、微米尺度凸起结构、波长尺度纳米锥形结构和亚波长尺度纳米柱形结构）的垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率的影响规律。不同表面微结构的垂直结构LED芯片的光提取效率和辐射复合速率随p-GaN层厚度变化的规律呈现出不同程度的变化,但都表现出周期性振荡现象。