定義：
利用半導(dǎo)體作為增益介質(zhì)的激光器。

半導(dǎo)體激光器是采用半導(dǎo)體增益介質(zhì)的激光器，其中在導(dǎo)帶具有很高載流子濃度的情況下，會實現(xiàn)帶間受激輻射，產(chǎn)生增益。 
半導(dǎo)體中增益產(chǎn)生的物理機(jī)制如圖1所示（正常的帶間躍遷情況）。不存在泵浦光的情況下，大部分的電子處于價帶。泵浦光束中光子能量只要稍大于帶隙能量，就可以將電子激發(fā)到導(dǎo)帶中的較高態(tài)，然后迅速衰變到導(dǎo)帶中接近導(dǎo)帶底的態(tài)上。
同時，價帶中產(chǎn)生的空穴往價帶頂移動。導(dǎo)帶中的電子和這些空穴重新復(fù)合，產(chǎn)生能量接近于帶隙能量的光子。這一過程也可由具有合適能量的入射光子激發(fā)。對這一過程的定量描述可以采用價帶導(dǎo)帶電子的費(fèi)米-狄拉克分布來得到。 
大多數(shù)半導(dǎo)體激光器都是激光二極管，是由電流泵浦n型摻雜和p型摻雜半導(dǎo)體材料復(fù)合區(qū)域。但是，也有光學(xué)泵浦的半導(dǎo)體激光器，其中載流子由被吸收的泵浦光產(chǎn)生，還有量子級聯(lián)激光器，利用了帶間躍遷。 

圖1：半導(dǎo)體增益的物理解釋。

常見的半導(dǎo)體激光器材料為（以及其它光電器件）： 

1. GaAs（砷化鎵） 

2. AlGaAs（鋁鎵砷） 

3. GaP（磷化鎵） 

4. InGaP（銦鎵磷） 

5. GaN（氮化鎵） 

6. InGaAs（銦鎵砷） 

7. InGaNAs（銦鎵氮砷） 

8. InP（磷化銦） 

9. GaInP（磷化鎵銦）

這些都是直接帶隙半導(dǎo)體，間接帶隙半導(dǎo)體（例如，硅）不能進(jìn)行強(qiáng)的、有效的光輻射。由于激光二極管的光子能量接近于帶隙能量，因此不同帶隙能量的組分可以輻射不同的波長。
對于三元和四元半導(dǎo)體化合物來說，帶隙能量可以連續(xù)的在很大范圍內(nèi)變化。例如，在AlGaAs（AlxGa1−xAs）中，提高鋁的含量（即增大x）可以提高帶隙能量。 
大多數(shù)半導(dǎo)體激光器是工作在近紅外光譜區(qū)域，還有一些產(chǎn)生紅光（例如，在GaInP激光筆）或者藍(lán)光或者紫光（采用氮化鎵）。對于中紅外輻射，有硒化鉛（PbSe）激光器（鉛鹽激光器）和量子級聯(lián)激光器。 
除了以上提到的無機(jī)半導(dǎo)體，有機(jī)半導(dǎo)體化合物也可以用到半導(dǎo)體激光器中。對應(yīng)的技術(shù)還不是特別成熟，但是發(fā)展還在繼續(xù)，為了找到一種大規(guī)模生產(chǎn)這種激光器的方法。
到目前為止，只存在光學(xué)泵浦的有機(jī)半導(dǎo)體激光器，但由于各種原因采用電泵浦很難達(dá)到很高的效率。 

目錄

1. 半導(dǎo)體激光器的類型

2. 典型特點(diǎn)和應(yīng)用

3. 脈沖輸出

4. 調(diào)制和穩(wěn)定

半導(dǎo)體激光器的類型 
有很多種類的半導(dǎo)體激光器，具有不同的參數(shù)并且應(yīng)用到不同的領(lǐng)域： 

1. 小的邊發(fā)射激光二極管產(chǎn)生幾個毫瓦的輸出功率（或者達(dá)到0.5W），光束具有很高的光束質(zhì)量。它們可以用作激光筆，CD播放器和光纖通信中。 

2. 外腔二極管激光器包含激光二極管作為長的激光腔中的增益介質(zhì)。它們通常是波長可調(diào)的，輻射線寬也很小。 

3. 單片和外腔的低功率激光器都可以進(jìn)行鎖模產(chǎn)生超短脈沖。 

4. 大面積激光二極管產(chǎn)生幾個瓦特的輸出功率，但是光束質(zhì)量非常差。 

5. 高功率二極管線陣包含一列大面積發(fā)射器，產(chǎn)生光束質(zhì)量差的幾十瓦的輸出功率。 

6. 高功率堆積二極管線陣包含二極管線陣的堆積，產(chǎn)生成百上千瓦的高功率。 

7. 邊發(fā)射激光器（VCSELs）輻射激光的方向垂直于薄片，光束質(zhì)量很高，約為幾毫瓦。 

8. 光學(xué)泵浦的表面發(fā)射外腔半導(dǎo)體激光器（VECSELs）可以產(chǎn)生幾瓦的輸出功率，光束質(zhì)量很高，甚至可以實現(xiàn)鎖模。 

9. 量子級聯(lián)激光器工作在帶內(nèi)躍遷（而不是帶間躍遷），通常輻射中紅外光，有時在太赫茲區(qū)域。它們可以用于痕量氣體分析。 

典型特點(diǎn)和應(yīng)用 
半導(dǎo)體激光器的一些特點(diǎn)包括： 

1. 適當(dāng)電壓進(jìn)行電學(xué)泵浦和高效率尤其在高功率二極管激光器中可以實現(xiàn)，并且可以作為高效固態(tài)激光器的泵浦光源（參閱二極管泵浦激光器）。 

2. 采用不同的裝置可以得到很寬的波長范圍，覆蓋了可見光、近紅外光和中紅外光譜區(qū)域。這些裝置還可以被波長調(diào)諧。 

3. 小的激光二極管可以實現(xiàn)快速的開關(guān)和調(diào)制光功率，因此可以用作光纖鏈路中的發(fā)射器。 

以上的特性使半導(dǎo)體激光器為最重要的一種激光器。它的應(yīng)用非常廣泛，包括光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸，光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，測量，光譜學(xué)，材料加工，泵浦固態(tài)激光器（參閱二極管泵浦激光器）和其它各種的醫(yī)學(xué)治療。 

脈沖輸出 
大部分半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的都是連續(xù)輸出。由于它們的能量存儲能力較差（很短的上能態(tài)壽命），半導(dǎo)體激光器非常適合采用Q開關(guān)得到脈沖產(chǎn)生，但是準(zhǔn)連續(xù)光工作可以得到更大的功率。
并且，半導(dǎo)體激光器利用鎖模或增益開關(guān)可以產(chǎn)生超短脈沖。短脈沖的平均輸出功率最多為幾個毫瓦，光學(xué)泵浦的邊發(fā)射外腔半導(dǎo)體激光器（VECSELs）除外，后者可以產(chǎn)生平均輸出功率為幾瓦的皮秒脈沖，其重復(fù)速率為GHz量級。 

調(diào)制和穩(wěn)定 
上能態(tài)壽命短的好處就是半導(dǎo)體激光器可以由非常高的頻率進(jìn)行調(diào)制，對于VCSELs，調(diào)制頻率可達(dá)幾十GHz。這在光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸中應(yīng)用比較多，還可以用在光譜學(xué)，將激光器穩(wěn)定到參考腔上等。