激光二極管本質上是半導體二極管。根據PN結材料是否相同，激光二極管可分為同質結、單異質結(SH)、雙異質結(DH)和量子阱(QW)激光二極管。量子阱激光二極管具有閾值電流低、輸出功率高的優點，是目前市場上的主流產品。與激光器相比，激光二極管具有效率高、體積小、壽命長等優點，但其輸出功率小(壹般小於2mW)，線性度差，單色性不是很好，極大地限制了其在有線電視系統中的應用，不能傳輸多路、高性能的模擬信號。在雙向光接收機的回傳模塊中，壹般采用量子阱激光二極管作為上行傳輸的光源。
半導體激光二極管的基本結構是壹對垂直於PN結面的平行平面構成壹個法布裏-珀羅諧振腔，這個諧振腔可以是半導體晶體的解理面，也可以是拋光面。另外兩個面比較粗糙，以消除除主方向外其他方向的激光作用。
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區註入P區，空穴通過PN結從P區註入N區。註入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。
上述由於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，壹旦經過發射的電子-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。如果註入電流足夠大，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於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，或在某壹頻率獲得增益。當增益大於吸收損耗時，就可以從PN結發射出具有良好譜線的相幹光——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，因為管內還封裝了壹個光電二極管來監測激光管的工作電流。
半導體激光二極管的常用參數有:
(1)波長:即激光管的工作波長。目前用於光電開關的激光管波長有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等。
(2)閾值電流Ith:即激光管開始產生激光振蕩的電流。對於普通的小功率激光管，其值在幾十毫安左右，應變多量子阱結構激光管的閾值電流可低至10mA。
(3)工作電流Iop:激光管達到額定輸出功率時的驅動電流，對激光器驅動電路的設計和調試很重要。
(4)垂直發散角θ ⊥:激光二極管的發光帶在垂直於PN結的方向上打開的角度，壹般為15？~40?關於。
(5)水平發散角θ∨:激光二極管發光帶在平行於PN結的方向上打開的角度，壹般為6？~ 10?關於。
(6)監測電流Im:即激光管額定輸出功率時流過PIN管的電流。