微尺寸LED（Micro LED）器件及其阵列因其功耗低、寿命长、响应时间短等显著特点,在显示、通信、医学治疗等领域,例如显示器的背光单元、自发射显示单元、以及可见光通信系统的发射端光源等具有广泛的应用潜力。为此,亟需设计和制备满足需求的高效高性能的微尺寸LED器件。针对微尺寸LED器件发光效率、-3 d B带宽特性的影响因素,本论文从提升发光效率的角度着重在器件结构、侧壁结构及其集成上开展了仿真模型分析和实验研究,同时基于-3d B带宽优化了P电极结构、器件连接方式,主要内容如下:1、讨论了LED器件内部的电流传输特性及机理。通过建立蒙特卡洛光线追迹模型,分析了器件结构类型与光子逃逸之间的关联性及机理。结合多物理场耦合有限元法补充模拟了器件结构类型对电流密度分布均匀性的影响。利用实验对比研究了器件结构对微尺寸LED器件光电特性的影响规律。结果表明,与器件结构采用圆形结构的微尺寸LED器件相比,器件结构采用五边形结构的微尺寸LED器件主要因其全内反射效应的减小,光输出功率提升了6.08%。此外,对比分析了微尺寸LED器件尺寸与其注入饱和电流密度、电容的关系。2、通过采用时域有限差分模型分析了各类侧壁微结构对微尺寸LED器件光提取效率的影响机理及规律。基于电感耦合等离子体刻蚀技术,制备并对比研究了侧壁微结构类型、尺寸对微尺寸LED器件电流-电压特性、光输出功率、电光转换效率的影响规律。结果表明,与平面侧壁结构相比,凹凸圆形复合微结构侧壁更利于微尺寸LED器件光子的逃逸和光效的提升。当凹圆半径为2μm时,其光输出功率取得最大值,较平面侧壁结构器件提升了7.2%。3、通过采用多物理场耦合有限元模型模拟分析了分支数量不同的雪花状P电极结构对微尺寸LED器件电流密度分布的影响规律。对比研究了集成不同微结构侧壁与不同P电极图形的混合结构对微尺寸LED器件电流-电压特性、光输出功率、电流分布情况等性能的影响规律。优选了一种同时集成复合微结构侧壁和雪花状P电极图案的混合结构。其中,复合微结构侧壁减小了GaN材料与空气界面的全反射效应,雪花状P电极结构提升了器件内部的电流传输均匀性,从而显著的改善了微尺寸LED器件的光学性能,获得了一种提高器件光输出功率的集成混合结构技术。4、利用多物理场耦合有限元模型,研究了P电极面积大小、分支数量、形状与微尺寸LED器件电流密度分布的关系。讨论了LED器件内部电流传输的路径及机理,基于微尺寸LED器件,制备并对比研究了P电极结构不同分支数目和不同分支形状对其光电特性的影响规律。通过优化P电极结构的分支数目和分支形状,可以提高微尺寸LED器件内部电流分布的均匀性,从而改善器件的光电性能。此外,对比分析了其对微尺寸LED器件调制特性的影响,发现改善的电流分布不仅可以提高器件的注入饱和电流密度,而且还能降低串联电阻,进而提升微尺寸LED器件的-3 d B带宽。与采用圆盘状P电极结构的微尺寸LED器件相比,采用6枝螺旋状P电极结构的微尺寸LED器件的饱和光输出功率和-3 d B带宽分别提升了39.48%和76.61%。5、通过采用并联连接结构的微尺寸LED阵列提升光输出功率,研究了并联连接像素数目、像素间距对其光电性能或调制特性的影响。结果表明,由于有源区面积的增加,改变并联连接像素数目,微尺寸LED并联阵列的光输出功率呈现出不同程度的提升,对应的-3 d B带宽在相同的电流密度下由于电容增加和动态电阻降低的互补效应表现出相似的特性。另外,像素间距对未引入隔离槽的微尺寸LED并联阵列的光学性能虽有影响,但几乎可以忽略。