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GaN基LED被广泛地应用于固态照明和显示领域。针对传统正装结构GaN基LED芯片，研究如何提高GaN基LED芯片出光效率，具有极其重要的意义和实际应用价值。首先本文针对传统平面结构反射镜的缺陷，设计一种具有SiO2微结构阵列图形化背反射镜的LED芯片，基于Monte Carlo方法的光线追踪模拟结果表明，相比平面背反射镜，图形化背反射镜结构能使LED芯片出光效率提高7.5%。实验结果表明，在20mA的工作电流下，与平面反射镜结构芯片相比，图形化背反射镜芯片的输出光功率提高了8.4%，出光效率提高了7.6%，而芯片的电学性能无恶化。其次采用普通光刻技术和湿法腐蚀技术，实现ITO表面微米级粗化。在输入电流20mA时，ITO层制备密集分布的三角周期圆孔阵列后，芯片输出光功率提升11.4%，但正向电压升高0.178V；微结构优化设计后，芯片输出光功率提升8.2%，正向电压仅升高0.044V。经优化设计的微结构阵列，具有较高的电注入效率，芯片的出光效率较高，更适合大电流下工作。最后基于无掩膜湿法蚀刻技术在ITO表面制作了纳米粗化结构，进一步通过普通光刻技术和湿法腐蚀技术，在ITO表面形成微米孔/纳米复合粗化结构和微米柱/纳米复合粗化结构，实验结果表明，在20mA工作电流下,与普通GaN基LED相比，ITO表面具有纳米粗化结构、微米孔/纳米复合粗化结构和微米柱/纳米复合粗化结构的GaN基LED芯片输出光功率分别增加了11.3%、15.8%和17.9%，出光效率分别提升了8.8%、13.1%、13.5%，芯片的电学性能无明显恶化。