從光子跳躍的角度來看，兩種倒裝芯片的設計對藍寶石厚度有很強的依賴性，要優于薄膜結構(見圖4)。使用倒裝芯片的結構，藍寶石需要夠厚以防止大量的光子跳躍—例如，對于1 mm2芯片至少為100 mm。　　

　　▲圖4：在相對藍寶石厚度為0.2的情況下，在相對藍寶石厚度(左圖)和光子發射的角度方向(右圖)影響下的仿真平均光子跳躍

　　倒裝芯片結構有兩個特點可以讓跳躍次數顯著減少，從而有利于光萃取。第一個是由于藍寶石的高折射率，與薄膜相關的GaN逃逸表面的折射率對比度降低。第二種是一旦光進入藍寶石腔，它就可以通過側壁傳播出去，從而減少了向GaN區域的散射。對于典型的藍寶石厚度，側壁輻射可能占提取效率的30%至40%(見圖5)。　　

　　▲圖5：在倒裝芯片設計中，與總輸出泵浦功率相對應的側發射和地平線以下的光， 對于藍寶石厚度的依賴性

　　一般來說，光子彈跳的數量取決于有源區域光子發射的角度方向，并且在靠近掠射角的角度是最多的。但角度與光子彈跳之間的關系并不簡單，因為谷曲線出現在15°和40°之間。在LED的所有三個設計中都可以看到這一特性，并且與圖案化的藍寶石表面界面的復雜傳輸特性有關。請注意，對于較高的光子發射角度，光子跳躍的平均數量突然升高，與GaN-藍寶石或GaN-硅氧烷界面的臨界角度一致。芯片的側面涂層對光子跳躍的數量有顯著的影響。

　　對于沒有側面涂層的倒裝芯片，與GaN-硅樹脂相反，在GaN藍寶石臨界角附近的較高角度處，反射數快速增加。這與我們的理解是一致的，因為在藍寶石-硅膠頂面的任何內反射將有第二次機會從藍寶石側壁逃出。倒裝芯片的側面涂層帶來巨大的變化，導致反向散射到GaN中出現增加，隨之而來轉移到GaN硅膠臨界角附近的較低角度的反彈增加。

　　不同類型設計的提取效率可以用下圖來解釋(參見圖6)。對于倒裝芯片來說，當藍寶石厚度達到0.25左右的相對厚度，提取效率可以快速提高，然后趨于平緩。側涂并不能提高萃取效率。當反射不良的涂層與高藍寶石厚度結合使用時，萃取效率可能會下降。　　

　　▲圖6：倒裝芯片設計的仿真外部萃取效率提升示意圖

　　為了獲得完全效率，五面發光的倒裝芯片更優，因為藍寶石腔可以減少背散射光與芯片有損區域間的相互作用。但是，薄膜設計的凈反射率增益可能對于相對較高的藍寶石厚度而言才顯著。通常，它必須遠遠高于0.1，與反彈次數的依賴性相一致。

　　我們改進光萃取的方法主要是減少泵浦吸收。對于倒裝芯片，當循環泵浦輻射在芯片腔內傳播時，其衰減通常為每次往返7%。平均來說，8次光子跳躍就能提高85%左右的萃取效率。

　　這種吸收的最大原因是GaN-Ag界面。解決這個弱點的一種方法是切換到復合結構，通過在金屬和半導體之間插入足夠厚的低折射率氧化物層。選擇SiO 2會防止在大約40°臨界錐角內的入射與金屬化相互作用。根據我們的模擬試驗，反射器損耗貢獻可以從50%下降到僅20%。

　　優異的電流擴展也是由復合結構產生的，因為有可能確保注入有源區的電流絕大多數遠離n-GaN通孔(見圖7)。這在高驅動條件下是特別有利的。　　

　　▲圖7：在700 mA和3000 mA驅動器操作下，常規和復合鏡面方案的歸一化模擬和實驗近場的表面亮

　　通過減少光子跳躍次數來增加光耦合的另一措施是優化與圖案化藍寶石基底相關的散射特征。如果使用純藍寶石，在兩個方面會造成不利影響。首先，在最大入射輻射的角度范圍內，出射面的光透射率將會降低。其次，導模的取消將會減少，因為光線被鏡面反射而非繞射。