激光二極管的物理結構是在發光二極管的結之間放置一層具有光活性的半導體，其端面經過拋光后具有部分反射功能，從而形成光學諧振腔。在正向偏置的情況下，LED結發光并與光學諧振腔相互作用，從而進一步激發結發出單波長光，這種光的物理性質與材料有關。
半導體激光二極管的工作原理與氣體激光器在理論上是一樣的。圖1(b)是激光二極管的代表性符號。激光二極管已廣泛應用于低功率光電器件，如計算機的光盤驅動器和激光打印機的打印頭。
激光二極管的簡單原理
半導體中的光發射通常是載流子復合的結果。在半導體的PN結上加直流電壓，會削弱PN結勢壘，迫使電子通過PN結從N區注入P區，空穴通過PN結從P區注入N區。注入PN結的不平衡電子和空穴會復合，從而發出波長為λ的光子。公式如下:
λ=hc/Eg (1)
其中:h-普朗克常數；c——光速；半導體的帶隙寬度。
上述由于電子和空穴的自發復合而發光的現象稱為自發輻射。自發發射產生的光子在穿過半導體時，一旦經過發射的電子-空穴對附近，就能激發兩者復合產生新的光子。這個光子誘導受激載流子復合，發出新的光子，稱為受激輻射。如果注入電流足夠大，就會形成與熱平衡態相反的載流子分布，即粒子數反轉。當有源層中大量載流子反轉時，自發發射產生的少量光子由于諧振腔兩端的往復反射而產生誘導輻射，產生選頻共振的正反饋，或在某一頻率獲得增益。當增益大于吸收損耗時， 從PN結可以發射出具有良好譜線的相干光——激光，這就是激光二極管的簡單原理。
隨著工藝和技術的發展，目前實際使用的半導體激光二極管具有復雜的多層結構。圖2示出了日本三洋公司的紅色半導體激光二極管的結構。圖3是低功率激光管的截面圖。從圖中可以看出，激光器芯片貼在散熱片上散熱，PIN光電二極管密封在激光器芯片下部附近的管座上。圖4顯示了普通激光二極管的形狀。從圖中可以看出，小功率激光管有三個管腳，因為管內還封裝了一個光電二極管來監測激光管的工作電流。
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