激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。
半导体激光二极管的基本结构如图所示，垂直于PN结面的一对平行平面构成法布里——珀罗谐振腔，它们可以是半导体晶体的解理面，也可以是经过抛光的平面。其余两侧面则相对粗糙，用以消除主方向外其它方向的激光作用。
半导体中的光发射通常起因于载流子的复合。当半导体的PN结加有正向电压时，会削弱PN结势垒，迫使电子从N区经PN结注入P区，空穴从P区经过PN结注入N区，这些注入PN结附近的非平衡电子和空穴将会发生复合，从而发射出波长为λ的光子，其公式如下：
λ = hc/Eg (1)
式中：h—普朗克常数； c—光速； Eg—半导体的禁带宽度。
上述由于电子与空穴的自发复合而发光的现象称为自发辐射。当自发辐射所产生的光子通过半导体时，一旦经过已发射的电子—空穴对附近，就能激励二者复合，产生新光子，这种光子诱使已激发的载流子复合而发出新光子现象称为受激辐射。如果注入电流足够大，则会形成和热平衡状态相反的载流子分布，即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转情况下，少量自发辐射产生的光子由于谐振腔两端面往复反射而产生感应辐射，造成选频谐振正反馈，或者说对某一频率具有增益。当增益大于吸收损耗时，就可从PN结发出具有良好谱线的相干光——激光，这就是激光二极管的简单原理。
随着技术和工艺的发展，目前实际使用的半导体激光二极管具有复杂的多层结构。
常用的激光二极管有两种:①PIN光电二极管。它在收到光功率产生光电流时，会带来量子噪声。②雪崩光电二极管。它能够提供内部放大,比PIN光电二极管的传输距离远，但量子噪声更大。为了获得良好的信噪比，光检测器件后面须连接低噪声预放大器和主放大器。
半导体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。
激光二极管本质上是一个半导体二极管，按照PN结材料是否相同，可以把激光二极管分为同质结、单异质结（SH）、双异质结（DH）和量子阱（QW）激光二极管。量子阱激光二极管具有阈值电流低，输出功率高的优点，是目前市场应用的主流产品。同激光器相比，激光二极管具有效率高、体积小、寿命长的优点，但其输出功率小（一般小于2mW），线性差、单色性不太好，使其在有线电视系统中的应用受到很大限制，不能传输多频道，高性能模拟信号。在双向光接收机的回传模块中，上行发射一般都采用量子阱激光二极管作为光源。
半导体激光二极管的常用参数有：
（1）波长：即激光管工作波长，目前可作光电开关用的激光管波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
（2）阈值电流Ith ：即激光管开始产生激光振荡的电流，对一般小功率激光管而言，其值约在数十毫安，具有应变多量子阱结构的激光管阈值电流可低至10mA以下。
（3）工作电流Iop ：即激光管达到额定输出功率时的驱动电流，此值对于设计调试激光驱动电路较重要。
（4）垂直发散角θ⊥：激光二极管的发光带在垂直PN结方向张开的角度，一般在15˚~40˚左右。
（5）水平发散角θ∥：激光二极管的发光带在与PN结平行方向所张开的角度，一般在6˚~ 10˚左右。
（6）监控电流Im ：即激光管在额定输出功率时，在PIN管上流过的电流。
激光二极管在计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打印头等小功率光电设备中得到了广泛的应用。
激光二极管的检测
激光二极管工作时发出的红光波长大约在６００ｎｍ左右，可用于激光打印机、ＣＤ机、条形码阅读器等设备上。激光二极管的符号如附图所示。从图中可知，激光二极管由两部分构成，一部分是激光发射部分ＬＤ，另一部分为激光接收部分ＰＤ。ＬＤ和ＰＤ两部分又有公共端点ｂ，公共端一般同管子的金属外壳相连，所以激光 二极管实际上只有三个脚ａ、ｂ、ｃ。检测和判断激光二极管可按如下三个步骤进行。
１． 区分ＬＤ和ＰＤ。 用万表的Ｒ×１ｋ挡分别测出激光二极管三个引脚两两之间的阻值，总有一次两脚间的阻值大约在几千欧姆左右，这时黑表笔所接的一端是ＰＤ阳极端，红表笔所接的引脚为公共端，剩下的一个引脚为ＬＤ阴极端，这样就区分出了ＰＤ部分（图中的ｂｃ部分）和ＬＤ部分（图中的ａｂ部分）。
２． 检测ＰＤ部分。 激光二极管的ＰＤ部分实质上是一个光敏二极管，用万用表检测方法如下：用Ｒ×１ｋ挡测其阻值，若正向电阻为几千欧姆，反向电阻为无穷大，初步表明ＰＤ部分是好的；若正向电阻为０或为无穷大，则表明ＰＤ部分已坏。若反向电阻不是无穷大，而有几百千欧或上千千欧的电阻，说明ＰＤ部分已反向漏电，管子质量变差。
３．检测ＬＤ部分。 用万用表的Ｒ×１ｋ挡测ＬＤ部分的正向阻值，即黑表笔接公共端ｂ，红表笔接ａ脚，正向阻值应在１０ｋΩ～３０ｋΩ之间，反向阻值应为无穷大。若测得的正向阻值大于５５ｋΩ，反向阻值在１００ｋΩ以下，表明ＬＤ部分已严重老化，使用效果会变差。
激光二极管市场
激光二极管(LD)在20世纪90年代的主要市场是光纤通信的光源和数据存储的光读写头，高级的光纤宽带光源模块售价达1千美元，而CD盘只读光头售价只10美元。随着全球光纤网络的全面铺开，加上网络资讯股市炒作的推波助澜，宽带激光光源供不应求，激光二极管市场空前繁荣。1999年激光二极管全球销售额只30亿美元，2000年猛涨到66亿美元，达到空前的最高点，但好景不长，随着网络股市泡沫的蒸发，激光二极管2001年的全球销售额一落千丈，惨跌到28.5亿美元，跌幅达到57%，远远超过全球半导体市场的24%平均负增长率。激光二极管市场2002年继续下泻，年销售额再跌到24亿美元，跌幅约16%，至此，激光二极管的拳头产品不再是通信用产品，而转为光存储用产品。电脑用只读DVD驱动器、DVD刻读机和播放机市场的开拓，使激光二极管市场探底后在2003年终于止跌回升，全球销售额增长到31亿美元，增幅为18%。激光二极管业总算走出阴影，年销售额恢复到1999年的水平，所谓“进一步退两步”，至于重攀2000年的最高点，恐怕再要努力四年左右。
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激光二极管的全球市场
自2000年激光二极管业在光纤通信器件的带动下创造市场最高点，在全球销售额66亿美元中就有50亿美元，相当占有率是75%，随着2001和2002年激光二极管市场的连续下挫，光纤通信器件亦大幅度收缩，分别减小到17.2亿和6.65亿美元，占有率分别只有60%和28%。数字表明，激光通信器件不再是激光二极管市场的拳头产品，光数字存储器件开始走俏，激光二极管市场结构发生变化，各类DVD读写头和CD读写头使用的激光二极管变成主流产品，走向更大众化的市场而摆脱困境。如果激光二极管业没有及时调整产品市场结构，等待光纤通信市场的复苏再次启动激光通信器件，则业界的损失更为惨重。2002年2003年激光二极管的市场动向如表1所示，2003年的市场分类见图1(左)
图1 激光二极管的应用市场分布(左)和波长划分的市场分布(右)
根据市场分析公司Strategies Unlimited的预测，2004年全球激光二极管市场将达到34亿美元，比2003年增长10%，恢复到1996至2003年期间内的年平均增长率10%的历史水平。以下按图1的市场分类对各类应用作一说明：
数字存储——数字存储用的激光器件从2002年开始在销售额超过光纤通用的激光器件，而且占有率达到60%左右，这是由于DVD市场兴旺带来的机遇。具体数字是这类器件销售额从14.2亿美元以增幅31%达到18.60亿美元，其中780nm波长的激光器件仍然占有最大份额，销售额为10.5亿美元，因为CD驱动器市场最普及，650nm波长的激光器销售额为8.1亿美元，这类激光器件单价较高，虽然DVD播放机价格下跌，但是PC用的DVD刻录机驱动器销售量猛增，使数字存储类激光二极管保持快速增长。预测2004年影视用DVD播放机和PC用DVD刻录机仍有很大成长空间，加上更短波长405nm蓝光激光二极管开发成功，使DVD向更高密度的HD-DVD发展，405nm波长的激光器件和HD-DVD将会陆续从2005年面市。2004年780nm波长的激光器件会保持10.5亿美元销售额，而650nm波长的激光器件会达到9.5亿美元，到2005年之后，650nm波长的激光器件销售将超过780nm波长的激光器件。
光纤通信—光纤通信类的激光二极管在2003年的销售额略有回升，但是占有率继续下降，保持25%的分额，这种情况正好反映“黑”的光纤逐渐“亮”起来。全球还有40多家激光器件供应商生产光纤通信用的激光光源和放大器，激光二极管光源在2003年的销售有所增加，作为光放大器泵源的激光二极管(波长980nm和1480nm)销售额超过1亿美元，业界还在打折扣推销，这种情况可望在2004年得到改善。光纤通信的局域网和存储局域网(SAN)用的激光收发器(波长850nm和1310nm)销售主要受企业节约开支的影响，它们的销售回温显然要比光纤广域网和城际网用的激光器件回温来得早。
固态激光二极管原浦(SSLP)—作为激光二极管的大功率应用，受经济环境影响较少，2003年还有7%的增长，销售额1.24亿美元，预测2004年增长率将有14%。
激光印刷—激光二极管作为曝光光源已从830nm的激光阵列发展到紫外光的40mW单管，使曝光时间更快和分辨率更高，2003年销售额是0.62亿美元，占总销售额的2%。预计2004年增长率达到7%。
医疗应用—这是近年发展较快的应用领域，主要作为检查用光纤光源和可持式医疗仪，例如2003年激光脱毛器畅销，医用激光二极管2003年的销售额与激光印刷情况相同。
激光二极管进入蓝光
从20世纪80年代问世的CD光盘，一直使用波长780nm的红光激光二极管，90年代后期出现容量更大和传输速度更高的DVD光盘，使用波长较短的650nm红光激光二极管，21世纪10年代初波长405nm的蓝光激光二极管取得批量生产的突破，高分辨率DVD开始进入数据存储市场。HD-DVD光盘的问世，将在影视数据记录媒体市场占有更大份额，加上在电脑数据记录的应用，激光二极管业必然有更大的发展。
蓝光激光二极管的波长处在390至490nm之间，应用范围很广泛，除数据存储之外，包括印刷、医疗、仪器等都有使用价值，它是高分辨率DVD的最重要光电元件，但研发和生产工艺遇到的困难也比红光激光二极管要多。首先是红光器件的Ⅲ-Ⅴ族GaAs材料不适用，直至美国3M公司在1991年成功地用Ⅱ-Ⅵ族ZnSe材料制成蓝光激光二极管，波长490nm的实验样品需用高电压驱动，寿命又短，加上ZnSe晶体比较脆弱，无法转化成批量生产的蓝光器件。1995年日本日亚化学公司从GaN材料着手制成真正可用的蓝光激光二极管，直至今天，日亚化学仍然拥有最多的蓝光器件的专利，从此激光二极管业打开蓝光器件之门，GaN材料也不断取得新进展，主要表现如下：
霸诠馐©据存储使用最多的蓝光激光二极管是GaN器件，SHG蓝光激光二极管多用在激光印刷、医疗仪器等应用领域。
m光盘刻录50G的数据，只有采用蓝光激光二极管作为读写光源(目前EVD暂用红光)。因此，光数据存储的应用将有更大的发展空间。
波长划分激光二极管市场
波长划分激光二极管市场是另一种统计方法，Strategies Unlimited提供的数据如图1(右)所示。从图中可见：
750-980nm波段占有率为44%，其中38%是AlGaAs/GaAs材料制成的输出功率＜100mW的器件，主要用在各类CD光盘驱动器作为激光光头。输出功率100mW-10W和10W以上的器件各占3%，前者用作中功率固态激光器的泵浦源，后者用作大功率固态激光器的泵浦源，固态激光器的应用是很广泛的，包括材料加工、医学治疗仪、数字印刷、激光照明光源、舞台灯光等。700nm以下波段占有率为29%，波长650nm的以GaAs材料为基础的红光激光二极管是各类DVD光数据存储的光源，波长405nm的以GaN材料为基础的蓝光激光二极管是各类HD-DVD光数据存储的光源。在390-670nm波段输出功率100mW以上的激光二极管还用于激光打印、固态激光器泵浦源和医疗仪器。980-1500nm波段占有率为25%，主要是AlGaInAs材料和InGaAsP材料的器件，100mW级的用于短距离光纤通信，1W级以上的用于长距离光纤通信。其中VCSEL(垂直腔表面发射激光器)由于共振腔短和侧面发射的光束呈圆形对称，容易与光纤耦合，波长1500nm以下的产品陆续面市，由于性价比较高，可在各种局域网作为1-10Gb数据传输光源。
堆叠激光二极管占有率为2%，多个激光二极管堆叠可构成大功率激光源，制作方法之一是使用带状结构制成多模态激光二极管，再集成单个大功率激光源，制作方法之一是多个激光二极管构成阵列，各输出经光纤耦合形成单光束输出，获得10W以上的输出功率。
