Laserdiodi on olennaisesti puolijohdediodi. Sen mukaan, onko PN-liitosmateriaali sama, laserdiodi voidaan jakaa homojunction, single heterojunction (SH), double heterojunction (DH) ja quantum well (QW) laser diodi. Kvanttikaivo-laserdiodien etuna on matalan kynnyksen virta ja suuri lähtöteho, ja ne ovat markkinoiden valtavirran tuotteita. Lasereihin verrattuna laserdiodien etuna on korkea hyötysuhde, pieni koko ja pitkä käyttöikä, mutta niiden lähtöteho on pieni (yleensä alle 2 mW), lineaarisuus ja yksivärisyys eivät ole hyviä, joten ne vaikuttavat niiden sovelluksiin kaapeli-tv-järjestelmissä. Hyvin rajoitettu, ei voi lähettää monikanavaisia, tehokkaita analogisia signaaleja. Kaksisuuntaisen optisen vastaanottimen paluumoduulissa nousevan siirtotien lähetys käyttää kvanttikaivo-laserdiodia valonlähteenä.
Puolijohde-laserdiodi, PN-liitokseen kohtisuorassa olevien samansuuntaisten tasojen pari, muodostaa Fabry-Perot-ontelon, joka voi olla puolijohdekiteen katkaisutaso tai kiillotettu taso. Kaksi muuta puolta ovat suhteellisen karkeita eliminoimaan laserin toiminnan muihin suuntiin pääsuunnassa.
Puolijohteiden valopäästöt johtuvat tyypillisesti kantajien rekombinaatiosta. Kun puolijohteen PN-liitos kohdistetaan eteenpäin suuntautuvalla jännitteellä, PN-liitoseste heikkenee pakottaen elektroneja injektoimaan N-alueelta PN-liitoksen kautta P-alueelle ja reikiä ruiskutetaan P-alueelta PN: n kautta. risteyksestä N-alueelle, ja ne injektoidaan lähellä PN-risteystä. Tasapainoelektronit ja -reiät yhdistyvät rekrytoimaan emittoimaan aallonpituuden λ fotoneja, joilla on seuraava kaava:
λ=hc / esim. (1)
h - Planckin vakio; c - valon nopeus; Esim. — Puolijohteen kielletty kaistanleveys.
Edellä mainittua elektronien ja reikien spontaanista rekombinaatiosta johtuvaa luminesenssin ilmiötä kutsutaan spontaaniksi emissioksi. Kun spontaanin säteilyn tuottamat fotonit kulkevat puolijohteen läpi, kun ne kulkevat emittoituneiden elektroni-reikäparien läpi, ne voidaan innostaa rekombinoitumaan ja muodostamaan uusia fotoneja, jotka innoittavat innostuneita kantajia yhdistymään ja lähettämään uusia fotoneja. Ilmiötä kutsutaan stimuloiduksi säteilyksi. Jos ruiskutusvirta on riittävän suuri, muodostuu kantajakauma termistä tasapainotilaa vastapäätä, ts. Populaation lukumäärä muuttuu päinvastaiseksi. Kun aktiivisen kerroksen kantajat ovat suuressa määrässä käänteitä, pieni määrä spontaanisti muodostuneita fotoneja tuottaa induktiivista säteilyä vastavuoroisen heijastuksen takia resonanssiontelon molemmissa päissä, mikä johtaa positiiviseen palautteeseen taajuusselektiivisestä resonanssista tai vahvistuksesta tietty taajuus. Kun vahvistus on suurempi kuin absorptiohäviö, koherentti valo, jolla on hyvä spektriviiva, laser, voidaan lähettää PN-risteyksestä, mikä on laserdiodin yksinkertainen periaate.