目前蓝宝石在LED市场中的应用范围变得越来越普遍,这归因于其较低的制造成本。尽管如此,GaN(氮化镓)薄膜和蓝宝石衬底之间较大的晶格失配(15%)和热膨胀系数失配(25%)导致高位错密度和残余应力,这严重降低了内部量子效率并影响GaN基LED的光学和电学性能。为了提高在蓝宝石衬底上生长的GaN薄膜的性能,本文通过采用图形化衬底的方式来提高在衬底上生长的GaN的结晶质量以及通过寻找替代衬底的方式来改善GaN基LED的性能。本文通过飞秒激光刻蚀蓝宝石衬底形成条纹状得图形化蓝宝石衬底上,并在条纹状的图形化蓝宝石衬底上生长了具有更高结晶质量的的c面GaN外延层。通过SEM观察的表面形态揭示了条纹状凹槽的细节,这是改善结晶度的主要因素。通过测量XRD,我们得到条纹样品的FWHM为0.302°,远小于平面样品,而晶粒尺寸为31.3 nm,大于平面样品的晶粒大小。此外,通过拉曼光谱的测量,在GaN外延层中也发现了更小的压应力。与平面基板相比,条纹槽有助于减小晶格之间压应力并提高结晶质量。吸收光谱也证明了相同的结果。条纹PSS的带隙估计为3.43eV,与3.4 eV的理论值很接近。总之,通过飞秒激光烧蚀产生的具有条纹状凹槽的PSS可以改善c面GaN外延层的结晶质量。本文还以硅衬底GaN基LED和蓝宝石衬底GaN基LED为研究源,分别对两种不同衬底GaN基LED的热学性能、可靠性性能、老化性能等方面进行了实验探究,欲探究出硅衬底相对于蓝宝石衬底对LED在这方面的性能是否会有提升。通过测试两种不同衬底LED的PN结温度以及在极端条件下的可靠性对比测试,发现相对于蓝宝石衬底LED,硅衬底LED的PN结温度更低,具有更好的散热性能。通过老化测试表明,在老化时间超过1000小时的情况下,硅衬底LED相比于蓝宝石衬底LED具有更好的抗衰减的性能。