Як активна речовина у лазері можуть застосовуватись і напівпровідникові матеріали. Лазери такого типу називають напівпровідниковими або інжекційними. У напівпровідникових лазерах можливе пряме перетворення електричної енергії у енергію світлового випромінювання, в результаті чого можна одержати високий ККД до 100%.
У ідеальному напівпровіднику число електронів у зоні провідності в точності дорівнює числу дірок (не зайнятих електроном місць) у валентній зоні. В реальному напівпровіднику число носіїв струму визначається наявністю в ньому сторонніх домішок.
Когерентне випромінювання світла напівпровідниковими речовинами викликане рекомбінацією електронів і дірок, що роблять переходи між енергетичними зонами напівпровідника, а також між домішуваними рівнями.
Якщо електрону надати додаткову енергію ззовні, він перейде на більш високий енергетичний рівень, що лежить у зоні провідності. При повернені електрона у валентну зону відбувається рекомбінація пари електрон—дірка, що супроводжується виділенням енергії у вигляді кванта світлового випромінювання.
Якщо пропускати через напівпровідниковий матеріал з р-п переходом електричний струм у прямому напрямі, то відбувається збудження електронів, які віддають потім надлишок енергії у вигляді світлових квантів.
У 1962 р. був розроблений напівпровідниковий лазер з активною речовиною з арсеніду галію, що мав шарову структуру типу площинного діода. У арсенід галію вкраплений свинець з цинком або телурій. Будова такого генератора показана на рис.
Активний матеріал складається з арсеніду галію n-типу і р-типу.
Площина р – n переходу 6 горизонтальна. Сам напівпровідник має форму зрізаної піраміди, нижня частина якої знаходиться на плоскому електроді. Передня і задня поверхні піраміди паралельні і дуже старанно відполіровані. Ці поверхні утворюють резонатор, настроєний на довжину хвилі 0,85 мк.
Працює лазер при температурі 77 К. Для інжекції носіїв зарядів використовуються імпульси струму тривалості 5-20 мксек. При густині струму, близькій до 8500 А/см2 інтенсивність випромінювання швидко зростає.
Коефіцієнт перетворення електричної енергії у інфрачервоне випромінювання дорівнює 85%. Інтенсивність випромінювання останніх зразків напівпровідникових лазерів досягає 2500 Вт/см2. Імпульсні потужності напівпровідникових лазерів, активна область яких має розмір булавочної головки, становлять 3 Вт при к. к. д. близько 100%.
Напівпровідникові оптичні генератори можуть працювати в імпульсному і безперервному режимах.