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如何提高氮化镓基发光二极管(GaN基LED)的出光效率是半导体照明技术研究的热点，目前还没有十分有效的方法解决这一问题，在这个领域还有广阔的研究空间。表面粗糙化的方法可以提高GaN基LED的出光效率，但存在可控性差的问题。引入结构可控的周期性微结构是提高LED出光效率的重要方法。本论文主要研究了周期性微结构提高GaN基LED出光效率的机制并实现了大面积GaN基LED表面微结构的制备。在理论上分析了周期性微结构对LED出光的影响，实验上发展了简易可行的GaN微结构制备技术，制备了带有周期性微结构的GaN基LED原型器件，提高了LED的出光效率。主要研究内容如下：
(1)为了分析表面周期性微结构对GaN基LED出光效率的影响，利用严格耦合波分析方法和光线追迹方法模拟了LED表面周期性微结构与光的相互作用。结果表明，周期性微结构的散射和衍射效应使大于全反射角入射的光能够部分出射，提高了出光表面透射率，因而有利于提高LED的出光效率。根据不同结构GaN基LED的光场分布特点提出了在表面引入周期性微结构的方案。
(2)针对GaN基LED微结构制备的难点，研究了微结构制备技术。利用紫外压印技术制备了GaN基亚微米周期结构，并且创新性地提出和发展了两套无需刻蚀简易可行的微结构制备方法。分别是：1)针对GaN基倒装型LED引入表面微结构的要求，发展了采用压印方法一步实现LED薄膜封装和表面微结构制备的技术；2)针对GaN基薄膜型LED引入微结构的要求，结合激光剥离和微结构压印发展了改良激光剥离(M-LLO)技术，一步实现了具有微结构的GaN基薄膜LED。这些技术为高效率GaN基LED微制备提供了创新性的思路和方法。
(3)以本论文实现的微结构制备技术为基础，形成了有周期性微结构的GaN基LED原型器件。主要有：1)带有薄膜封装表面周期性微结构的GaN基倒装型LED；2)带有n面GaN周期性微结构的薄膜型LED。结果表明，微结构的引入提高了GaN基LED的出光效率，并且出光效率受到周期性微结构对称性、形貌、深度等因素的影响。周期性微结构的引入使LED的出光效率最大提高了一倍。