半導体レーザー
LEDの発光は波長や振幅にばらつきがあるが、LDでは比較的そのばらつきが少なく、ほとんど揃っていると言える。例えば赤外線発光LEDと赤外線発光LDで比較してみると、ピーク波長に対する相対光出力が50%となる波長の広がりは、LEDで900-970nmと70nm幅であるのに対して、LDでは807.5-808.5nm弱と1nm以下になっており、その比は70倍以上である。また、LDの光は波長だけでなく位相も揃っており、このような光は「コヒーレント光」と呼ばれる。コヒーレント光はレンズなどで収束させる場合でも色収差が起きないなど光学系の設計が単純なまま高精度に作れる利点があり、また、コヒーレント光同士が互いに干渉しあう性質から精密測定分野でも利用される。光の出力方向についても、LEDはある程度の広がりを持って出てくるが、ストライプ型LDでは出射端面が薄い板状なので、回折により楕円ビームが出射される。また、LDでは半導体材料の性質により発振に優位な方向の直線偏光となる。この方向は一般に活性層のストライプ方向である。LEDや他の大多数の発光装置では偏光がランダムな無偏光光が生じるが、LDの光は偏光を伴って出力される。
LDは多くのLEDと同様にダブルヘテロ構造を備えた光学半導体であるが、LEDと異なりLDはへき開によって作られた活性層の片側が半反射する鏡(ハーフミラー)と高反射率の鏡面になっている。これらの反射面は屈折率の異なる層で構成されており、活性層を挟むクラッド層との境界面も同様に屈折率が異なるためにこちらは全反射して光が漏れにくい構造になっている。また、クラッド層の外部にはストライプ状の電極が備わっており、電界が加わる領域を細く限定している。ストライプ電極から5V程度の電圧が印加されることで電子がクラッド層を経由して活性層内を流れると、途中の原子は励起され自然放射によって最初の光子が放たれる。光子が周囲に放射されると今度は電界によって活性化されていた原子は誘導放射し、入射光と同じ波長、同じ位相の光が放たれる。
1970年: 米国のベル研究所:林厳雄、M. B. Panish、ソ連アカデミージョレス・アルフェロフらによって、ほぼ同時期に、AlGaAs/GaAsダブルヘテロ接合構造半導体レーザーによる室温連続発振に成功した
1975年: 単一縦モード発振に向け分布帰還型 (DFB) レーザおよび分布反射型 (DBR) レーザの提案した
1977年: 伊賀健一が"VCSEL"を提案し、同年に最初のデバイスの開発した
1982年: 荒川泰彦、榊裕之らが量子ドットレーザーを提案した
1987年 : 11月、長年にわたる特許紛争の末、グールドに「反転分布生成のために衝突を採用した光増幅」としてアメリカ合衆国特許第 4,704,583号が与えられた
1994年: 米ベル研究所でカスケードレーザーが発明された
1996年: 日亜化学工業の中村修二が、InGaN/GaN青色半導体レーザの室温パルス発振に成功した
2000年: 「半導体ヘテロ接合の提案と実証」研究によってハーバート・クレーマー(米)、ジョレス・アルフェロフ(露)両博士へノーベル物理学賞が授与された