Lai arī parastās gaismas diodes pilda līdzīgu funkciju, elektromagnētiskais starojums, ko iegūst no lāzerdiodes, ir monohromatisks, koherents un kolimēts. Lāzediodes darbības principus skaidro pusvadītāju fizika. Lāzera starojuma iegūšanu un īpašības apskata lāzerfizika.

Līdzīgi kā gaismas diodēm, viens no galvenajiem parametriem, pēc kura iedala lāzerdiodes, ir emitētā starojuma viļņa garums (krāsa). Atkarībā no izvēlētā materiāla lāzera starojums var tikt ģenerēts infrasarkanajā, redzamajā vai ultravioletajā elektromagnētiskā spektra diapazonā. No optikas viedokļa, tikpat svarīgi ir lāzera starojuma kvalitāti raksturojošie parametri – spektrālais sastāvs un stara profils. Izvēloties lāzerdiodes, uzmanība jāpievērš arī to darbības parametriem – sliekšņa strāvai, kvantu efektivitātei, temperatūras stabilitātei un citiem.

Pēc konstrukcijas un darbības principa tiek izšķirti dažādi lāzerdiožu veidi, piemēram, dubultās heterostruktūras, kvantu akas un kvantu kaskādes lāzeri.

Lai gan patentu par pirmo pusvadītāju lāzeru 1957. gadā iesniedza japāņu inženieris Juniči Nišizava (西澤 潤一), pirmā koherentās gaismas emisija no pusvadītāja ierīces (gallija arsenīda) tika demonstrēta 1962. gadā. Lāzerdiodi, kas tika balstīta Viljama Damkes (William Dumke) teorētiskajos spriedumos, izdevās neatkarīgi izveidot divās Amerikas Savienoto Valstu (ASV) pētnieku grupās – vienu kompānijas General Electric pētniecības centrā vadīja Roberts Hols (Robert Noel Hall), otru IBM grupā – Māršals Neitens (Marshall Nathan). Ierīce spēja elektrisko enerģiju pārvērst infrasarkanā lāzera starojumā, taču tās darbība bija iespējama tikai impulsu režīmā kriogēnā temperatūrā.

Lāzerdiodei, kura spētu darboties nepārtrauktā režīmā istabas temperatūrā, bija nepieciešama jauna diodes konstrukcija. 1963. gadā Herberts Krēmers (Herbert Krömer) ierosināja heterostruktūru – dažādu pusvadītāju materiālu slāņu – izmantošanu diožu lāzeros. 1970. gadā Žoress Alfjorovs (Жорeс Ивaнович Алфёров) demonstrēja pirmo nepārtrauktās darbības lāzerdiodi – tās pamatā bija dubultās heterostruktūras konstrukcija. Par ieguldījumu pusvadītāju heterostruktūru attīstībā 2000. gadā H. Krēmeram un Ž. Alfjorovam tika piešķirta Nobela prēmija fizikā.

Zinātniskajiem atklājumiem sekoja strauja ražošanas tehnoloģiju attīstība, kā rezultātā lāzerdiodes kļuva pieejamākas un lētākas. Tas ļāva lāzerdiodes izmantot ikdienas elektroierīcēs, sakaru industrijā, medicīnā un citās nozarēs.

Lāzerdiodes ir p-n pārejas diožu apakšklase. Līdzīgi kā gaismas diodēs, starojums rodas lādiņnesēju (elektronu un caurumu) rekombinācijas procesā. Pretstatā parastajai gaismas diodei, kur starojums rodas spontānās emisijas rezultātā, lāzerdiodes darbības pamatā ir stimulētās emisijas process.

Fotonu stimulētā emisija ir visu lāzeru darbības pamatā. Lai to panāktu, lādiņnesējiem materiālā ir jānodrošina apdzīvotības inversija, tas ir, apstākļi, kuros ierosinātais enerģijas līmenis ir vairāk apdzīvots nekā pamatlīmenis. Ja elektrons no ierosinātā stāvokļa atgriežas pamatstāvoklī, tiek izstarots gaismas kvants – fotons. Stimulētās emisijas gadījumā izstarotais fotons stimulē citu elektronu relaksāciju uz pamatlīmeni, radot jaunu fotonu, kas ir vienā frekvencē, fāzē, polarizācijā un virzienā ar sākotnējo. Aplūkojot visu fotonu kolektīvo uzvedību makroskopiskā mērogā, tiek iegūta lāzera starojumam raksturīgā koherence laikā un telpā.

Lāzerdiodēs tiek izvēlēti un, ievadot piejaukuma elementus lielās koncentrācijās, modificēti pusvadītāju materiāli, kuros ar elektriskā lauka palīdzību p-n pārejas zonā lādiņnesējiem iespējams panākt apdzīvotības inversiju. Mūsdienu lāzerdiodēs veido heterostruktūras – atšķirīgu ķīmisko sastāvu pusvadītāju slāņveida konstrukcijas –, kas ļauj ļoti precīzi kontrolēt lādiņnesēju atļautos stāvokļus un kustību materiālā.

Bez aktīvās pusvadītāja materiāla vides, kurā tiek ģenerēts lāzera starojums, lāzerdiodes konstrukcijā jāiekļauj rezonators starojuma pastiprināšanai, optiskā sistēma stara kolimēšanai un specializētos pielietojumos – optiskā šķiedra starojuma virzīšanai.

Daudzu zinātnes nozaru, piemēram, spektroskopijas, eksperimentos lāzerdiodes tiek izmantotas kā koherenta un lielas jaudas starojuma avoti. Lāzerdiodes var izmantot arī jaudīgāku cietvielu lāzeru optiskai pumpēšanai. Lāzerdiodes tiek izmantotas arī interferometrijā, bezkontakta attāluma mērīšanā, pozicionēšanā, datu pārraidē un lāzera rādītāja (pointera) funkcijā.

Lāzerdiodes ir daudzu ikdienā sastopamu ierīču – disku lasītāju, svītru kodu lasītāju, lāzerprinteru, datora peļu – sastāvā. Lāzerdiodes tiek pielietotas arī optiskajā datu pārraidē, kur informācija tiek pārraidīta gaismas impulsu veidā pa optisko šķiedru kabeļiem, medicīnā (diagnostikā, zobārstniecībā un ķirurģijā). Rūpniecībā noderīga funkcija ir lielās starojuma jaudas koncentrācija mazā apgabalā, kas lāzerdiodes padara par piemērotu rīku augstas precizitātes griešanas, urbšanas un metināšanas darbos. Lāzerdiodes izmanto arī sensoros, litogrāfijā un citur.

Nozīmīgākie lāzerdiožu ražotāji ir Coherent, IGP Photonics, TRUMPF, Han’s Laser, Novanta Group, Rofin-Sinar Technologies, Thorlabs.

Mūsdienās lāzerdiode ir plaši izplatīts, kompakts, izturīgs un relatīvi lēts koherenta starojuma avots. Daudzu inovatīvo optisko tehnoloģiju – žestu atpazīšanas, paplašinātās realitātes (augmented reality) un autonomās braukšanas sistēmu – darbībai ir nepieciešams lāzerdiožu virzītais starojums. Jaunu lāzerdiožu izstrādei tiek veikti starpdisciplināri pētījumi pusvadītāju fizikā, materiālzinātnē, nanotehnoloģijās un elektriskajā inženierijā. Aktuālas problēmas saistītas gan ar to, kā izveidot sistēmas, kas strādātu tālākā ultravioletajā vai infrasarkanajā diapazonā, gan ar to, kā uzlabot starojuma īpašības, tajā pašā laikā saglabājot ierīču efektivitāti, kompaktumu un pieejamību. Meklēti tiek gan jauni materiāli, gan jauni risinājumi lāzerdiodes konstrukcijā.