今天，半导体激光器的发展令人刮目，但是，这样的美景是来之不易的！在1958～1961年期间，人们曾怀疑用半导体材料制作激光器的可能性，理由是：激光器要求较长的腔长，而半导体材料具有很强的自由载流子吸收，这不利于制作长腔。这一想法在Bernard和Ouraffourg提出半导体受激辐射条件(非平衡载流子的准费米能级差>辐射光子能量)和GaAs发光二极管的效率实现100％(77K)之后，才得到改变。最后，人们才认识到：采用直接带隙半导体和pn结结构是可能制成半导体激光器的。
1962年，MIT林肯实验室的科学家希望能用GaAs制作出速度更快的微波器件，因为他们知道，在化合物半导体中，电子的移动速度更快。实验发现：扩散到晶体中的杂质与合金中的杂质，其作用是完全不同的。结果RobertRediker，Tom Quist和Robert Keyes等人，终于用GaAs制成发光二极管(LED)，并且发现：它的辐射效率很高。
1962年9月，Keyes在一次会议上宣布了这项发现，坐在下面有Robert Hall是一位来自通用电气研究和发展中心的半导体专家。以前，他曾怀疑是否能用半导体材料制作激光器。
但在听了Keyes的报告之后，他很快改变了想法。回到实验室后，立即组织了一个小组开始工作，利用扩散的GaAs的pn结，并将两个端面抛光成镜形成F-P腔(1963年，开始，用解理方法制作F-P腔)。结果，在1963年的9月中旬，半导体激光器终于研制成功了。在此后的一周内，就有3个小组宣布：LD研制成功。
半导体激光器的成功问世使人们非常兴奋，但是，也使一些人感到扫兴：当时的LD，只能在液氮温度下，加很大的电流脉冲才能工作，而且要改善似乎也很困难。主要问题是：当温度从77K上升到300K(室温)时，阈电流要升高100倍。1964年，林肯实验室实现了室温脉冲运转，阈电流为25安(培)，脉冲宽度50纳秒。脉冲间隔要求很大，以便散热，更糟的是寿命很短。那时，仅有少量器件在实验室中使用，不少人开始对它失去兴趣。
但是，军事和通信部门仍然对它抱有很大希望，研究工作仍在许多国家进行，到1967年，终于实现了一个突破：
采用异质结构的单异质结激光器问世。RCA的Henry Kressel采用这一方法，使阈电流密度从60000安／厘米2降到10000安／厘米2以下，LD终于能稳定地在室温脉冲运转了。
美国陆军希望用它来制作空-空导弹测距仪，RCA开始研制，并与1969年4月投入生产。此后，其他公司也开始生产GaAs单异质结激光器。
通信工业需要室温连续(CW)运转的LD。化学家Morton Anish和物理学家Lzuo Hayashi于1966年开始研究这个问题。经过几年的努力，他们终于1970年研制成功双异质结(DH)激光器。一开始，阈电流比最好的单异质结还要高。
但是他们发现：增加的异质结减小了阈电流随温度快速上升的趋势。
当时，美国人还不知道列宁格勒约飞研究所也在从事类似的工作，直到1969年8月，Zhores Afferov赴美开会并访问Bell实验室时，他们才获悉苏联人已在这方面做了很好的工作。竞争给Bell小组的压力很大，在经过紧张的研究工作之后，人们终于在Panish的门上发现了这样一张令人振奋的条子：“在24℃连续运转，确实！1970年6月1日上午10∶30！”。不过，他们不知道Afferov小组已在5月6日就达到同样的目标了。Affemv采用了条形结构以控制模式，并把电流限制在窄条的作用区中。
LD实现连续运转之后，所遇到的第一个难题是寿命问题。当时，LD的寿命不长，“好的器件30～40秒，差的1～2秒就死亡”。有人担心，GaAs激光器会不会与当年隧道二极管一样，寿命就是长不了！后来发现：LD退化与腔面损坏有关，腔面镀膜后好一些，但一些器件仍然呈现缓慢衰退。研究表明，这是由于在运转过程中，缺陷和应力在晶体中传播，引起暗线缺陷(DLD)在辐射区增长。暗线缺陷的发现和解决是一个重要的里程碑，到1973年双异质结激光器的寿命就达到1000小时了。
1975年，GaAs／AIGaAs DH激光器已有商品出售，当时Laser Diode Labs开始提供5～10毫瓦的商品，价格250～350美元／只，保证寿命仅为1000小时(42天)。但是，通信要求更长的寿命，如AT&T要求LD在电话系统中能运转数万小时。在设计更加合理、工艺不断完善、检测更加严格的情况下，1977年，AT&T通过高温加速老化所得到的LD寿命已达100万小时。不过，要将如此高的可靠性从实验室转到生产，还需要时间，因此，在第一个使用GaAlAs LD的光纤通信系统中，寿命问题仍然受到人们的高度关注，仍将它放置在温度稳定的环境中。
20世纪70年代末80年代初，市场开始向着两个不同的方向发展：电子工业希望有廉价的LD，用于正在出现的应用领域——CD光盘；通信工业则希望LD能运转在新发现的光纤窗口：1.3微米和1.55微米。
第一代商用LD，是用标准的TO-5晶体管壳封装的。
日本的公司在改善包装、完善生产工艺、降低成本方面处于领先地位。他们设计的特殊LD拾音头，成本很低。20世纪80年代中期，他们用于CD唱机的LD，每只仅几美元，现在，大量购买时，仅需1美元。
光通信用长波长激光器的发展也非常曲折。在20世纪70年代中期以前，人们的努力全都集中在三元系化合物半导体上面，那时，一般人认为含有4种元素的四元系化合物半导体是很难制造的。但是，这一点没有阻碍Hsieh在InP衬底上生长InGaAsP的努力，在别人害怕Ⅳ元系的复杂性时，Hsieh却看到了Ⅳ元系的优点：它有两个自由度，可用来调节禁带宽度和晶格常数等。通过不断的实验和理论研究，终于在1976年底，制造出了辐射波长为1.1微米的LD。后来，采用埋藏条型结构的双异质结LD在室温CW运转，波长延长到1.21，1.25，1.3微米。在借鉴AlGaAsLD经验的基础上，InGaAsP LD的寿命很快就达到CaAlAs LD花了十几年才达到的水平，而且发现In-GaAaP LD不易受到破坏，这使科学家们觉得非常欣慰。1.55微米LD的制造稍微难些，因为在生长新层时，刚刚长出的外延层容易被吃掉。一开始，产额较低，但寿命较长。后来，通过仔细调节，产品质量和数量都有了明显的提高。
近10年来，又有一些新的半导体激光技术从实验室进入生产领域，如高功率GaAlAsLD，前几年，半导体激光器的标准产品就达20瓦，现在达60瓦(915纳米)和40瓦(808纳米)。红光InGaAsP LD已大量生产，垂直腔LD也在小批量生产了，最近的热点则是采用GaN材料的蓝光LED和LD。半导体激光器在概念方面，曾有过多次突破：DH、Ⅳ元系、量子阱、埋藏条形、垂直腔等等，但是，如果没有艰巨的测量和实验，长期的寿命试验，先进的包装和生产技术，生产线上不知疲倦的质量控制，再光辉的实验室方案也不会变成商业现实。
最近发展起来的无铝LD，又使LD的发展进入了一个新阶段，有希望制成高亮度LD，而寿命可比GaAlAs高2倍。
Wisconsin大学的Dan Botez已制成5瓦(CW)，0.81微米的无铝LD。更新的LD还会来到，但需要时间和金钱。用于WDM的多波长LD已有商品出现，但很贵。Shuji Nakamura正在不断延长他的蓝光LD寿命，开始仅为几小时，现在已达10000小时了。
时至20世纪80年代、90年代，重视不重视半导体激光器的发展，特别是它的商品化进程，已成为一个企业成败的重要因素。Spectra-Physics Lasers公司的发展经验就是如此。Spectra-Physics的奠基人之一Herb Dwiglt却预见到了LD和LD泵浦固体激光器技术的发展前景。他与Xerox一起建立了第一个高功率半导体激光器公司Spectra DiodeLabs(SDL)。1996年在LD和LD泵浦固体激光器方面的销售额高达5000万美元。至今，总销售额已达1.4亿美元。
激光的迷人之处
为什么半导体激光器会发展成为整个激光家族的佼佼者？会成为当今光通信、光盘等高新技术产业的心脏？原因很简单，就是因为半导体激光器本身有着不可替代的魅力。
为说明这一问题，需对半导体激光器的工作原理有一个比较简单的概念。
(一)半导体激光器工作原理
一般说来，用半导体材料作为工作物质的激光器，均称为半导体激光器。半导体激光器的种类很多，而且可以包装成各种形式，但激光芯片结构却是基本类似的。有的半导体激光器是普通的双异质结(DH)结构，内含pn结构，作用层可以是n型半导体，也可以是p型半导体，厚度为0.2微米左右。作用层的上面和下面是禁带宽度较大的限制层，以保证将由电流注入的电子和空穴及由它们复合所产生的光子都限制在作用层内；在沿pn结方向，含有条形结构，以限制注入电流在侧向的分布，同时也限制光学场在侧向的分布。为保证基模运转，条宽通常为2～5微米；在沿轴方向，有两个互相平行的解理面，构成法布里-珀罗(F-P)腔，腔长约为300微米左右。整个芯片的宽度约200微米，高度约为100微米。
在印上加正向电压后，电子从n区向p区流动，空穴从p区向n区流动，在作用区内，电子和空穴复合产生光子。注入电流较小时，LD只能产生自发辐射(荧光)，光向四面八方传播；当电流大到一定程度时，腔的增益大于腔的损耗，便向外输出激光，激光具有很好的方向性、光谱特性和偏振特性等。
对上述的F-P腔来说，两个端面所输出的光基本上是一样的(有时两端输出也呈现不对称性)，为了提高一端的光输出和防止LD在运转时的腔面氧化，两个端面都要进行镀膜，输出端镀保护膜，另一端镀高反射率膜。
(二)半导体激光器的魅力
了解了上述简单原理之后，我们就不难理解LD所特有的、任何其他激光器都不可替代的魅力，那么，LD的魅力究竟在哪里呢？
1.体积小、重量轻、结构紧凑。
因为半导体材料的增益系
数很大，因而可将半导体激光的管芯做得很小，普通半导体激光芯片的大小仅为300微米×200微米×100微米左右，可根据需要封装成各种管型。如此小的体积，非常适合光盘系统、CD-ROM等要求光学头快速移动的需要，非常适合当代光通信、计算机、光学打印和印刷等光电子产业发展的需要。
可直接调制，而且调制速度很快，可通过调制电流直接调制输出光。LD的调制频率很高，因为在LD中参与受激辐射的载流子浓度很高，导带中电子，价带中的空穴，碰撞几率很高，碰撞时间比受激复合时间小得多，因此，在受激辐射后，消耗的载流子可在很短的时间内通过注入得到补充。
例如，对激光进行正弦调制，这时，激光器工作在光功率-电流曲线的线性段。加到LD上的电流为I(t)=Ib+ip-psin(2πft)其中Ib为偏置电流，ip-p为调制电流幅度，f为调制频率。最大调制频率fmax=(1／τsτph)(Ib／Ith-1)1／2。在GaAIAs／GaAs，InGaAsP／InP激光器中，载流子寿命τs约为3纳秒，光子寿命τph约为3皮秒，均比其他激光器小很多，因此，LD的调制频率要大得多，很容易达到GHz量级。
调制速度快，是当代信息社会所梦寐以求的特点，是LD成为光通信、光存储、光打印等心脏部件的重要原因。
2.效率高。LD的效率很高，通常内部量子效率可达90％以上，功率效率可达50％～60％，在阈值以上的斜率效率可高达95％以上。原因是：在LD中，参与受激辐射的粒子数目，比任何其他激光材料参与受激辐射的粒子数目大几个数量级。如气体激光器，参与受激辐射的粒子数约为1010／厘米3，而在LD中，一般大于1018／厘米3，因而LD的增益系数比其他激光器大得多。LD的效率是所有激光器中最高的，同时也比LED的效率(一般小于10％)高得多。效率高，不仅减小了器件的功耗，而且还使许多系统的结构简化、体积减小、成本降低。这也是LD泵浦固体激光器、LD泵浦光纤激光器、LD泵浦光纤放大器、LD医疗和加工系统、LD泵浦固体激光医疗和加工系统等蓬勃发展的重要原因。
3.寿命长。自从LD问世以来，人们就一直关注着它的可靠性问题，即寿命问题。定义LD的寿命的方法有很多，常用的定义是：保持输出光功率不变，在常温下观察阈电流的实际变化，若阈电流上升50％，就认为LD失效了。当LD的实际寿命很长时，不可能通过常温老化来实测LD的寿命，可通过高温老化的方法来估算。经过了近40年的努力，常用LD(GaAIAs／GaAs，InGaAsP／InP，InGaAs／GaAs等)的寿命可达百万小时，只要没有意外，人们可以放心地用100年。LD的可靠性如此之高，是光纤通信、光盘、计算机、激光打印、印刷、激光加工、激光显示、激光医学等事业不断蓬勃发展的根本保证之一。
4.品种繁多。半导体激光器的品种繁多。比如，以波长来分，就有短波长(小于1000纳米，包括可见光、近红外)、长波长(大于1000纳米～2微米)、中红外LD等；按材料分就有GaAlAs／GaAs LD，InGaAsP／InP LD，InGaAs／GaAs LD等等；按输出的光功率分，就有低功率(小于100毫瓦)、中功率(小于1瓦)和高功率(几瓦以上)LD等；按性能分，就有单横模、单纵模、窄线宽、高速、短脉冲、高功率LD等；按结构分，类型更多，如此繁多的品种可以满足各行各业对LD的要求。这也是LD可在各行各业获得广泛应用的重要原因。
