Лазерний діод по суті є напівпровідниковим діодом. Залежно від того, чи однаковий матеріал PN-з'єднання однаковий, лазерний діод можна розділити на гомоперехід, одинарну гетероперехід (SH), подвійну гетероперехід (DH) та лазерний діод з квантовою ямою (QW). Лазерні діоди з квантовою свердловиною мають переваги низького порогового струму та високої вихідної потужності і є основною продукцією на ринку. Порівняно з лазерами, лазерні діоди мають переваги високої ефективності, малих розмірів та тривалого терміну служби, але їх вихідна потужність невелика (як правило, менше 2 мВт), лінійність та монохроматичність не є добрими, тому це впливає на їх застосування в системах кабельного телебачення. Дуже обмежений, не може передавати багатоканальний високопродуктивний аналоговий сигнал. У модулі повернення двонаправленого оптичного приймача передача висхідної лінії зв'язку зазвичай використовує лазерний діод з квантовою ямою як джерело світла.
Напівпровідниковий лазерний діод, пара паралельних площин, перпендикулярних до PN-переходу, утворює порожнину Фабрі-Перо, яка може бути площиною розщеплення кристала напівпровідника або полірованою площиною. Дві інші сторони відносно шорсткі, щоб усунути дію лазера в інших напрямках у основному напрямку.
Випромінювання світла в напівпровідниках, як правило, виникає в результаті рекомбінації носіїв. Коли PN-перехід напівпровідника подається з прямою напругою, бар'єр PN-переходу послаблюється, змушуючи вводити електрони з N-області через PN-перехід в P-область, а дірки вводять з P-області через PN переходу в область N, і вони вводяться поблизу переходу PN. Електрони рівноваги та дірки рекомбінуються, випускаючи фотони з довжиною хвилі λ, які мають наступну формулу:
λ=hc / Eg (1)
h - постійна Планка; в — швидкість світла; Наприклад - заборонена ширина смуги напівпровідника.
Вищезазначене явище люмінесценції внаслідок спонтанної рекомбінації електронів і дірок називається спонтанним випромінюванням. Коли фотони, генеровані в результаті спонтанного випромінювання, проходять через напівпровідник, коли вони проходять через випромінені електронно-діркові пари, вони можуть збуджуватися до рекомбінації та генерувати нові фотони, які спонукають збуджених носіїв рекомбінувати та випускати нові фотони. Явище називають стимульованим випромінюванням. Якщо інжекційний струм достатньо великий, утворюється розподіл носіїв, протилежний тепловому рівноважному стану, тобто кількість популяції зворотна. Коли носії в активному шарі знаходяться у великій кількості розворотів, невелика кількість спонтанно генерованих фотонів генерує індуктивне випромінювання завдяки зворотному відбиттю на обох кінцях резонансної порожнини, що призводить до позитивного зворотного зв'язку частотно-селективного резонансу або посилення для певна частота. Коли коефіцієнт посилення перевищує втрати на поглинання, з ПН-переходу може випромінюватися когерентне світло з хорошою спектральною лінією - лазер, що є простим принципом роботи лазерного діода.