从光子跳跃的角度来看，两种倒装芯片的设计对蓝宝石厚度有很强的依赖性，要优于薄膜结构(见图4)。使用倒装芯片的结构，蓝宝石需要够厚以防止大量的光子跳跃—例如，对于1 mm2芯片至少为100 mm。　　

　　▲图4：在相对蓝宝石厚度为0.2的情况下，在相对蓝宝石厚度(左图)和光子发射的角度方向(右图)影响下的仿真平均光子跳跃

　　倒装芯片结构有两个特点可以让跳跃次数显著减少，从而有利于光萃取。第一个是由于蓝宝石的高折射率，与薄膜相关的GaN逃逸表面的折射率对比度降低。第二种是一旦光进入蓝宝石腔，它就可以通过侧壁传播出去，从而减少了向GaN区域的散射。对于典型的蓝宝石厚度，侧壁辐射可能占提取效率的30%至40%(见图5)。　　

　　▲图5：在倒装芯片设计中，与总输出泵浦功率相对应的侧发射和地平线以下的光， 对于蓝宝石厚度的依赖性

　　一般来说，光子弹跳的数量取决于有源区域光子发射的角度方向，并且在靠近掠射角的角度是最多的。但角度与光子弹跳之间的关系并不简单，因为谷曲线出现在15°和40°之间。在LED的所有三个设计中都可以看到这一特性，并且与图案化的蓝宝石表面界面的复杂传输特性有关。请注意，对于较高的光子发射角度，光子跳跃的平均数量突然升高，与GaN-蓝宝石或GaN-硅氧烷界面的临界角度一致。芯片的侧面涂层对光子跳跃的数量有显著的影响。

　　对于没有侧面涂层的倒装芯片，与GaN-硅树脂相反，在GaN蓝宝石临界角附近的较高角度处，反射数快速增加。这与我们的理解是一致的，因为在蓝宝石-硅胶顶面的任何内反射将有第二次机会从蓝宝石侧壁逃出。倒装芯片的侧面涂层带来巨大的变化，导致反向散射到GaN中出现增加，随之而来转移到GaN硅胶临界角附近的较低角度的反弹增加。

　　不同类型设计的提取效率可以用下图来解释(参见图6)。对于倒装芯片来说，当蓝宝石厚度达到0.25左右的相对厚度，提取效率可以快速提高，然后趋于平缓。侧涂并不能提高萃取效率。当反射不良的涂层与高蓝宝石厚度结合使用时，萃取效率可能会下降。　　

　　▲图6：倒装芯片设计的仿真外部萃取效率提升示意图

　　为了获得完全效率，五面发光的倒装芯片更优，因为蓝宝石腔可以减少背散射光与芯片有损区域间的相互作用。但是，薄膜设计的净反射率增益可能对于相对较高的蓝宝石厚度而言才显著。通常，它必须远远高于0.1，与反弹次数的依赖性相一致。

　　我们改进光萃取的方法主要是减少泵浦吸收。对于倒装芯片，当循环泵浦辐射在芯片腔内传播时，其衰减通常为每次往返7%。平均来说，8次光子跳跃就能提高85%左右的萃取效率。

　　这种吸收的最大原因是GaN-Ag界面。解决这个弱点的一种方法是切换到复合结构，通过在金属和半导体之间插入足够厚的低折射率氧化物层。选择SiO 2会防止在大约40°临界锥角内的入射与金属化相互作用。根据我们的模拟试验，反射器损耗贡献可以从50%下降到仅20%。

　　优异的电流扩展也是由复合结构产生的，因为有可能确保注入有源区的电流绝大多数远离n-GaN通孔(见图7)。这在高驱动条件下是特别有利的。　　

　　▲图7：在700 mA和3000 mA驱动器操作下，常规和复合镜面方案的归一化模拟和实验近场的表面亮

　　通过减少光子跳跃次数来增加光耦合的另一措施是优化与图案化蓝宝石基底相关的散射特征。如果使用纯蓝宝石，在两个方面会造成不利影响。首先，在最大入射辐射的角度范围内，出射面的光透射率将会降低。其次，导模的取消将会减少，因为光线被镜面反射而非绕射。