A variação do tamanho dos microdiscos suspensos de nitreto de gálio (GaN) altera o caminho óptico de ressonância do modo de galeria de sussurros (Whispering gallery mode, WGM) e, por meio da modulação de tensão, influencia a largura efetiva da banda proibida, afetando assim sua resposta espectral. Este artigo estuda cavidades de microdiscos WGM de GaN suspensos com diâmetros de 5 μm, 10 μm e 15 μm, combinando testes de fotoluminescência a temperatura ambiente, análise de atribuição de modo laser, simulação de distribuição espacial do campo óptico e análise de tensão por elementos finitos para investigar o efeito da variação do tamanho do microdisco na evolução dos modos WGM e no deslocamento espectral relacionado à tensão. Os resultados mostram que, com o aumento do diâmetro do microdisco, o número de modos espectrais aumenta, o espaçamento entre modos diminui e a largura de meia altura das linhas espectrais diminui. Os resultados experimentais observados coincidem com as posições dos modos WGM obtidas por cálculos teóricos. A simulação indica que o campo óptico está principalmente localizado na borda do microdisco em uma distribuição periódica. Os resultados de elementos finitos e de espectros normalizados mostram que, à medida que o diâmetro do microdisco aumenta, a deformação da estrutura suspensa e os níveis de tensão aumentam, e o comprimento de onda central do pico principal de emissão sofre um deslocamento para o vermelho, indicando uma correlação entre as variações de tensão relacionadas ao tamanho e o deslocamento da posição do pico de emissão. Os resultados deste estudo podem servir como referência para a identificação de picos espectrais, design de tamanho e calibração espectral de microdiscos GaN suspensos em aplicações de sensores ópticos.

Microdiscos GaN suspensos; cavidades micro WGM; fotoluminescência óptica; modos WGM; resposta à tensão