เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นควอนตัมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้สารกึ่งตัวนำแบบแอคทีฟซึ่งสร้างการขยายสัญญาณด้วยแสงโดยการกระตุ้นการปล่อยมลพิษระหว่างการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมระหว่างระดับพลังงานที่ความเข้มข้นสูงของตัวพาประจุในคลื่นความถี่อิสระ
ในสภาวะปกติอิเล็กตรอนส่วนใหญ่ตั้งอยู่ที่ระดับเวเลนซ์ เมื่อโฟตอนส่งพลังงานเกินพลังงานของเขตความไม่ต่อเนื่อง อิเล็กตรอนของเซมิคอนดักเตอร์จะเข้าสู่สภาวะของการกระตุ้นและเมื่อเอาชนะเขตต้องห้ามแล้ว ให้ผ่านเข้าไปในเขตปลอดอากรโดยมุ่งไปที่ขอบด้านล่าง ในเวลาเดียวกัน รูที่เกิดขึ้นที่ระดับเวเลนซ์จะสูงขึ้นไปถึงขอบบน อิเล็กตรอนในเขตปลอดอากรจะรวมตัวกันเป็นรู โดยปล่อยพลังงานออกมาเท่ากับพลังงานของช่องว่างในรูปของโฟตอน การรวมตัวใหม่สามารถปรับปรุงได้ด้วยโฟตอนที่มีระดับพลังงานเพียงพอ คำอธิบายตัวเลขสอดคล้องกับฟังก์ชันการแจกแจงของ Fermi
อุปกรณ์เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์หมายถึงเป็นเลเซอร์ไดโอดซึ่งถูกสูบโดยพลังงานของอิเล็กตรอนและรูในโซน pn-junction - สถานที่สัมผัสของเซมิคอนดักเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าชนิด p และ n นอกจากนี้ยังมีเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีการจ่ายพลังงานแสง ซึ่งลำแสงถูกสร้างขึ้นโดยการดูดซับโฟตอนของแสง เช่นเดียวกับเลเซอร์คาสเคดควอนตัม ซึ่งการทำงานจะขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนภาพภายในแถบ
การเชื่อมต่อมาตรฐานที่ใช้ในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ มีดังนี้:
สารประกอบเหล่านี้เป็นสารกึ่งตัวนำช่องว่างโดยตรงแสงช่องว่างทางอ้อม (ซิลิกอน) ที่มีความแข็งแรงและประสิทธิภาพเพียงพอจะไม่เปล่งแสง ความยาวคลื่นของการแผ่รังสีเลเซอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับระดับของการประมาณพลังงานโฟตอนต่อพลังงานของโซนแตกของสารประกอบเฉพาะ ในสารประกอบเซมิคอนดักเตอร์ 3 และ 4 ส่วนประกอบ พลังงานของโซนช่องว่างสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่องในช่วงกว้าง AlGaAs = อัลกับกา1-xตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของปริมาณอะลูมิเนียม (เพิ่มขึ้นเป็น x) ส่งผลให้พลังงานของเขตการแตกร้าวเพิ่มขึ้น
ในขณะที่ที่พบบ่อยที่สุดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ทำงานในส่วนใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัม บางตัวปล่อยสีแดง (แกลเลียม-อินเดียมฟอสไฟด์) สีฟ้าหรือสีม่วง (แกลเลียมไนไตรด์) รังสีอินฟราเรดกลางผลิตโดยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ (ลีดซีลีไนด์) และเลเซอร์คาสเคดควอนตัม
นอกจากสารประกอบอนินทรีย์ดังกล่าวแล้วอินทรีย์ก็ใช้ได้ เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องยังอยู่ระหว่างการพัฒนา แต่การพัฒนาดังกล่าวจะช่วยลดต้นทุนการผลิตเครื่องกำเนิดควอนตัมได้อย่างมาก จนถึงตอนนี้ มีเพียงเลเซอร์ออร์แกนิกที่มีการจ่ายพลังงานแสงเท่านั้นที่ได้รับการพัฒนา และยังไม่สามารถสูบน้ำด้วยไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงได้
มีการสร้างเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จำนวนมากขึ้น โดยมีความแตกต่างกันในด้านพารามิเตอร์และค่าที่ใช้
เลเซอร์ไดโอดขนาดเล็กให้คุณภาพลำแสงรังสีขอบซึ่งมีกำลังตั้งแต่หลายถึงห้าร้อยมิลลิวัตต์ คริสตัลไดโอดเลเซอร์เป็นแผ่นสี่เหลี่ยมบาง ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นท่อนำคลื่น เนื่องจากรังสีถูกจำกัดด้วยพื้นที่ขนาดเล็ก คริสตัลถูกเจือทั้งสองด้านเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อขนาดใหญ่ ปลายขัดเงาสร้างตัวสะท้อนเสียง Fabry-Perot โฟตอนที่ผ่านตัวสะท้อนจะทำให้เกิดการรวมตัวใหม่ การแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้น และการสร้างจะเริ่มขึ้น ใช้ในเลเซอร์พอยน์เตอร์ เครื่องเล่นซีดีและดีวีดี และการสื่อสารใยแก้วนำแสง
เลเซอร์เสาหินพลังงานต่ำและเครื่องกำเนิดควอนตัมที่มีช่องภายนอกสำหรับสร้างพัลส์สั้นสามารถสร้างการล็อกโหมดได้
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์พร้อมเรโซเนเตอร์ภายนอกประกอบด้วยเลเซอร์ไดโอดที่ทำหน้าที่เป็นสื่อขยายสัญญาณในช่องเลเซอร์ที่ใหญ่ขึ้น พวกมันสามารถเปลี่ยนความยาวคลื่นและมีแถบการแผ่รังสีที่แคบ
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ฉีดมีพื้นที่ของการแผ่รังสีในรูปแบบของแถบกว้างสามารถสร้างลำแสงคุณภาพต่ำที่มีกำลังหลายวัตต์ ประกอบด้วยชั้นบาง ๆ ที่ใช้งานอยู่ซึ่งอยู่ระหว่างชั้น p และ n ทำให้เกิดรอยแยกสองทาง กลไกการจำกัดแสงในทิศทางด้านข้างไม่มีอยู่ ซึ่งส่งผลให้เกิดการทรงรีของลำแสงสูงและกระแสธรณีประตูที่สูงจนไม่อาจยอมรับได้
อาร์เรย์ไดโอดอันทรงพลังซึ่งประกอบด้วยอาร์เรย์ของไดโอดบรอดแบนด์สามารถผลิตลำแสงที่มีคุณภาพปานกลางด้วยกำลังสิบวัตต์
อาร์เรย์ไดโอด 2D อันทรงพลังสามารถสร้างพลังงานได้หลายร้อยหรือหลายพันวัตต์
เลเซอร์เปล่งพื้นผิว (VCSEL) ปล่อยลำแสงคุณภาพสูงที่มีกำลังหลายมิลลิวัตต์ตั้งฉากกับจาน บนพื้นผิวของการแผ่รังสี กระจกสะท้อนรังสีถูกนำไปใช้ในรูปแบบของชั้นในความยาวคลื่น ¼ ที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน สามารถผลิตเลเซอร์ได้หลายร้อยชิ้นบนคริสตัลชิ้นเดียว ซึ่งเปิดโอกาสให้มีการผลิตจำนวนมาก
เลเซอร์ VECSEL ที่มีการจ่ายพลังงานแสงและช่องภายนอกสามารถสร้างลำแสงที่มีคุณภาพดีด้วยกำลังหลายวัตต์พร้อมการล็อคโหมด
การทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ประเภทคาสเคดควอนตัมขึ้นอยู่กับช่วงการเปลี่ยนภาพภายในแบนด์ (ตรงข้ามกับอินเตอร์แบนด์) อุปกรณ์เหล่านี้ปล่อยคลื่นในย่านอินฟราเรดช่วงกลาง บางครั้งอยู่ในช่วงเทราเฮิร์ตซ์ ใช้ตัวอย่างเช่นเป็นเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ
เลเซอร์ไดโอดทรงพลังพร้อมปั๊มไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงที่แรงดันไฟฟ้าปานกลางใช้เป็นวิธีการจ่ายพลังงานให้กับเลเซอร์โซลิดสเตตประสิทธิภาพสูง
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สามารถทำงานได้ในขนาดใหญ่ช่วงความถี่ที่รวมส่วนที่มองเห็นได้ อินฟราเรดใกล้ และอินฟราเรดกลางของสเปกตรัม มีการสร้างอุปกรณ์ที่ทำให้สามารถเปลี่ยนความถี่ของการเผยแพร่ได้
เลเซอร์ไดโอดสามารถเปลี่ยนและมอดูเลตพลังงานแสงได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งพบการใช้งานในเครื่องส่งสัญญาณใยแก้วนำแสง
ลักษณะเหล่านี้ทำให้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดของเครื่องกำเนิดควอนตัม พวกเขาจะนำไปใช้:
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่สร้างลำแสงต่อเนื่อง เนื่องจากเวลาพำนักสั้นของอิเล็กตรอนที่ระดับการนำไฟฟ้า พวกมันไม่เหมาะสำหรับการสร้างพัลส์ Q-switched แต่โหมดการทำงานกึ่งต่อเนื่องสามารถเพิ่มพลังของเครื่องกำเนิดควอนตัมได้อย่างมาก นอกจากนี้ เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ยังสามารถใช้สร้างพัลส์เกินขีดด้วยการล็อกโหมดหรือเปลี่ยนเกน พลังงานเฉลี่ยของพัลส์สั้นมักจะจำกัดอยู่ที่สองสามมิลลิวัตต์ ยกเว้นเลเซอร์ VECSEL ที่ปั๊มด้วยแสง ซึ่งเอาต์พุตจะถูกวัดเป็นพัลส์พิโควินาทีหลายวัตต์ที่มีความถี่หลายสิบกิกะเฮิร์ตซ์
ข้อดีของการพักระยะสั้นอิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าคือความสามารถของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในการปรับความถี่สูง ซึ่งในเลเซอร์ VCSEL เกิน 10 GHz ซึ่งพบการประยุกต์ใช้ในการส่งข้อมูลด้วยแสง สเปกโทรสโกปี และการรักษาเสถียรภาพของเลเซอร์
