发光二极管的一个重要的光学特性是光提取效率。当光线由半导体内出射到空气时，在界面处由于折射率差导致全反射，只有少量的光线能够出射。砷化镓（GaAs）材料的出射率只有2%，氮化镓（GaN）材料的出射率也仅为4%。表面粗化是提高光提取效率的重要手段之一。通过出光表面的粗糙化处理，可显著提高界面光线出射概率，降低全反射损耗。粗化程度越明显，发光二极管的光提取效果就越好。因此，利用外延材料表面粗化技术可以明显提高发光二极管的光输出功率。

表面粗化逐渐应用于氮化镓基高效发光二极管的研制中，根据粗化表面不同，分为3种类型：p型GaN表面粗化、n型GaN表面粗化和蓝宝石衬底粗化。①p型GaN表面粗化。以铂（Pt）作为掩模，采用湿法腐蚀技术，在p-GaN表面制作粗化结构。这种方式的主要缺点在于p型GaN层一般较薄，制作困难，并且很容易造成器件有源层的损伤，降低内量子效率。在此技术基础上，还发展了氧化铟锡（ITO）表面处理技术，制备纳米级别的ITO粗糙表面来降低发光二极管器件内部的全反射效应，进而提高发光二极管器件的光提取效率。②n型GaN表面粗化。采用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除，通过离子刻蚀或湿法腐蚀在n型GaN表面形成棱锥状突起，并以此表面作为出光面。此方案的主要缺点在于需要借助激光剥离技术，然而激光剥离技术本身还有很多问题没有解决，在产业化生产方面尚不成熟。③蓝宝石衬底粗化。在外延材料之前，采用离子刻蚀技术在蓝宝石衬底上制作粗化结构，也可以使器件内部光线散射，提高光线的出射概率。

此外，还有几种发光二极管芯片的出光面粗化方法：①隐形切割。利用激光隐形切割技术对GaN外延层以及蓝宝石侧壁出光面进行修饰，使其更有利于光子的逃逸。②原位生长。在生长普通的镜面表面p型GaN的外延工艺参数基础上，通过降低生长温度，并且改变反应室的氢气和氮气的比例，使p型GaN的纵向生长速率显著大于横向生长速率，由于晶体生长的各向异性自然形成V型坑状的粗化表面。