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レーザーダイオード（LD、注入型レーザーダイオードまたはILD 、半導体レーザーまたはダイオードレーザーとも呼ばれる）は、発光ダイオードに類似した半導体デバイスであり、ダイオードに直接電流を流すことで、ダイオードの接合部でレーザー発振状態を作り出すことができる。[ 1 ]： 3
電圧によって駆動されるドーピングされたp-n遷移は、電子と正孔の再結合を可能にする。電子がより高いエネルギー準位からより低いエネルギー準位に遷移することにより、放出光子の形で放射が発生する。これが自然放出である。誘導放出は、このプロセスが継続され、同じ位相、コヒーレンス、波長を持つ光をさらに生成する場合に発生する。
半導体材料の選択によって発光ビームの波長が決まり、今日のレーザーダイオードでは赤外線（IR）から紫外線（UV）までのスペクトル範囲をカバーしています。レーザーダイオードは最も一般的なレーザーの種類であり、光ファイバー通信、バーコードリーダー、レーザーポインター、CD / DVD / Blu-rayディスクの読み書き、レーザー印刷、レーザースキャン、光ビーム照明など、幅広い用途があります。白色LEDに使用されているような蛍光体を用いることで、レーザーダイオードは一般照明にも使用できます。
レーザーダイオードは電気的にはPINダイオードです。レーザーダイオードの活性領域は真性（I）領域にあり、キャリア（電子と正孔）はそれぞれN領域とP領域からその領域に注入されます。初期のダイオードレーザーの研究は単純なP-Nダイオードで行われましたが、現代のレーザーはすべてダブルヘテロ構造を採用しており、キャリアと光子が閉じ込められて再結合と発光の機会が最大化されます。通常のダイオードとは異なり、レーザーダイオードの目標はI領域のすべてのキャリアを再結合させて光を生成することです。そのため、レーザーダイオードは直接バンドギャップ半導体を使用して製造されます。レーザーダイオードのエピタキシャル構造は、結晶成長技術のいずれかを使用して成長します。通常はNドープ基板から始まり、I（無ドープ）活性層、続いてPドープクラッド、そしてコンタクト層を成長させます。活性層は多くの場合、量子井戸で構成されており、低いしきい値電流と高い効率を実現します。[ 1 ]
レーザーダイオードは、より大きな分類である半導体p - n接合ダイオードのサブセットを形成します。レーザーダイオードに順方向の電気バイアスをかけると、2種類の電荷キャリア（正孔と電子）がPIN接合の反対側から空乏層に注入されます。正孔はp型半導体から非ドープ（i）半導体に注入され、電子はその逆です。（電荷キャリアが存在しない空乏層は、 n型半導体とp型半導体が物理的に接触している場所の電位差の結果として形成されます。）ほとんどのダイオードレーザーは電荷注入によって駆動されるため、この種のレーザーは注入レーザー、または注入レーザーダイオード（ILD）と呼ばれることがあります。ダイオードレーザーは半導体デバイスであるため、半導体レーザーに分類されることもあります。どちらの名称も、ダイオードレーザーを固体レーザーと区別するものです。
ダイオードレーザーを駆動するもう 1 つの方法は、光ポンピングを使用することです。光ポンピング半導体レーザー (OPSL) は、III-V 半導体チップを利得媒体として使用し、別のレーザー (多くの場合、別のダイオードレーザー) をポンプ光源として使用します。OPSL は、特に波長選択と内部電極構造からの干渉がない点で、ILD に比べていくつかの利点があります。[ 2 ] [ 3 ] OPSL のもう 1 つの利点は、出力パワー比が 10:1 を超えても、ポンプパワー (したがって出力パワー) が変化しても、ビームパラメータ (発散、形状、および指向性) が不変であることです。[ 4 ]
電子と正孔が同じ領域に存在する場合、それらは再結合または消滅して自然放出を起こす可能性があります。つまり、電子が正孔のエネルギー状態を再び占有し、電子の元の状態と正孔の状態の差に等しいエネルギーを持つ光子を放出します。（従来の半導体接合ダイオードでは、電子と正孔の再結合によって放出されたエネルギーは、光子ではなくフォノン（格子振動）として運び去られます。）レーザー発振閾値以下の自然放出は、 LEDと同様の特性を示します。自然放出はレーザー発振を開始するために必要ですが、レーザーが発振し始めると、効率低下のいくつかの要因の1つになります。
光子を放出する半導体レーザーと、従来のフォノンを放出する（光を放出しない）半導体接合ダイオードとの違いは、使用される半導体の種類にあります。その半導体は、物理的および原子構造によって光子放出の可能性をもたらします。これらの光子放出半導体は、いわゆる「直接バンドギャップ」半導体です。単一元素半導体であるシリコンとゲルマニウムの特性は、光子放出を可能にするために必要な方法でバンドギャップが一致しないため、直接型とはみなされません。その他の材料、いわゆる化合物半導体は、シリコンやゲルマニウムとほぼ同じ結晶構造を持ちますが、2種類の異なる原子種を市松模様のように交互に配置することで対称性を破っています。この交互配置における材料間の遷移が、重要な直接バンドギャップ特性を生み出します。ガリウムヒ素、インジウムリン化物、ガリウムアンチモン化物、ガリウム窒化物はすべて、光を放出する接合ダイオードの作成に使用できる化合物半導体材料の例です。
誘導放出（例えばレーザー発振）条件がない場合、電子と正孔は再結合することなく、一定時間（上準位寿命または再結合時間と呼ばれる。一般的なダイオードレーザー材料では約1ナノ秒）近接して共存し、その後再結合する。再結合エネルギーに等しいエネルギーを持つ近傍の光子は、誘導放出によって再結合を引き起こす。これにより、最初の光子と同じ周波数、偏光、位相を持ち、同じ方向に進む別の光子が生成される。つまり、誘導放出は注入領域における（適切な波長の）光波の利得を引き起こし、接合部を横切って注入される電子と正孔の数が増えるにつれて利得も増加する。自発放出と誘導放出のプロセスは、間接バンドギャップ半導体よりも直接バンドギャップ半導体の方がはるかに効率的であるため、シリコンはレーザーダイオードの一般的な材料ではない。
他のレーザーと同様に、利得領域は光共振器で囲まれ、レーザーを形成します。最も単純なレーザーダイオードでは、結晶の表面に光導波路が作られ、光は比較的狭い線に閉じ込められます。結晶の両端は完全に滑らかで平行なエッジになるように切断され、ファブリ・ペロー共振器を形成します。導波路のモードに放出された光子は導波路に沿って進み、出口に出る前に各端面で数回反射されます。光波が共振器を通過すると、誘導放出によって増幅されますが、吸収や端面での不完全な反射によって光は失われます。最終的に、増幅が損失を上回ると、ダイオードはレーザー発振を開始します。
レーザーダイオードの重要な特性のいくつかは、光共振器の形状によって決まります。一般的に、光は非常に薄い層内に閉じ込められ、構造は層に垂直な方向の単一の光モードのみをサポートします。横方向では、導波路の幅が光の波長に比べて広い場合、導波路は複数の横方向光モードをサポートでき、このレーザーはマルチモードレーザーと呼ばれます。このような横方向マルチモードレーザーは、印刷、化学薬品の活性化、顕微鏡検査、または他の種類のレーザーの励起など、非常に大きな出力が必要でありながら、回折限界の小さなTEM00ビームでは不十分な場合に適しています。
小さく集束されたビームが必要な用途では、導波路を光波長と同程度の狭さにする必要があります。こうすることで、単一の横モードのみがサポートされ、回折限界ビームが得られます。このような単一空間モードデバイスは、光ストレージ、レーザーポインター、光ファイバーなどに使用されます。これらのレーザーは複数の縦モードをサポートする場合もあり、そのため複数の波長で同時に発振することができます。放出される波長は、半導体材料のバンドギャップと光共振器のモードの関数です。一般に、最大の利得はバンドギャップエネルギーよりわずかに高いエネルギーを持つ光子で発生し、利得曲線のピークに最も近いモードが最も強く発振します。利得曲線の幅は、動作条件に応じて発振する可能性のある追加のサイドモードの数を決定します。複数の縦モードをサポートできる単一空間モードレーザーは、ファブリ・ペロー（FP）レーザーと呼ばれます。FPレーザーは、発振媒体の利得帯域幅内で複数の共振器モードで発振します。 FPレーザーにおける発振モードの数は通常不安定であり、電流や温度の変化によって変動する可能性がある。
単一空間モードダイオードレーザーは、単一の縦モードで動作するように設計できます。これらの単一周波数ダイオードレーザーは高い安定性を示し、分光法や計測、周波数基準として使用されます。単一周波数ダイオードレーザーは、分布帰還型（DFB）レーザーと分布ブラッグ反射型（DBR）レーザーに分類されます。
回折により、ビームはチップから出た後、急速に発散（拡大）し、通常は垂直方向に30度、水平方向に10度広がります。レーザーポインターのような平行ビームを形成するには、レンズを使用する必要があります。円形ビームが必要な場合は、円筒レンズなどの光学部品が使用されます。単一空間モードレーザーでは、対称レンズを使用すると、垂直方向と水平方向の発散角の違いにより、平行ビームは楕円形になります。これは、赤いレーザーポインターで容易に観察できます。楕円の長軸は、チップの平面に対して直角です。
上述の単純なダイオードは、近年、最新技術に対応するために大幅に改良され、以下に述べるような様々な種類のレーザーダイオードが開発されてきた。
1960 年代初頭の MG Bernard、G. Duraffourg、および William P. Dumke による理論的研究に続き、1962 年に、ガリウムヒ素(GaAs) 半導体ダイオード (レーザーダイオード) からのコヒーレント光放出が、ゼネラル エレクトリック研究センターのRobert N. Hallが率いる米国の 2 つのグループ[ 5 ]とIBM TJ Watson 研究センターの Marshall Nathan が率いるグループ[ 6 ]によって実証されました。IBMと GE のどちらが最初のレーザーダイオードを発明したかについては、現在も議論が続いています。この最初のレーザーダイオードは、主にニューヨーク州ヨークタウン ハイツにある IBM の Kitchawan 研究所 (現在は Thomas J. Watson 研究センターとして知られています) の William P. Dumke による理論的研究に基づいています。優先権は、より早く結果を提出したゼネラル エレクトリックのグループに与えられています。彼らはさらに進んで、ダイオード用の共振空洞も作りました。[ 7 ]当初、MITのベン・ラックスをはじめとする一流の物理学者たちは、シリコンやゲルマニウムを使ってレーザー効果を生み出すことができると推測していたが、理論的な分析により、ウィリアム・P・ダムケはこれらの材料は機能しないと確信した。代わりに、彼はガリウムヒ素を良い候補として提案した。最初の可視波長レーザーダイオードは、 1962年後半にニック・ホロニャック・ジュニアによって実証された。彼はガリウムヒ素リンを使用した。[ 8 ]
MITリンカーン研究所、テキサス・インスツルメンツ、RCA研究所の他のチームも、1962年以降に半導体ダイオードにおける効率的な光放出とレーザー発振の歴史的な初期実証に関与し、その功績を認められた。GaAsレーザーは、1963年初頭にニコライ・バソフ率いるチームによってソビエト連邦でも製造された。[ 9 ]
1960年代初頭、RCA研究所のハーバート・ネルソンによって液相エピタキシー（LPE）が発明されました。組成の異なる最高品質の結晶を積層することで、長年にわたり最高品質のヘテロ接合半導体レーザー材料の実証が可能になりました。LPEは世界中の主要な研究所で採用され、長年にわたって使用されました。最終的に1970年代に分子線エピタキシーと有機金属化学気相成長法に取って代わられました。
当時のダイオードレーザーは、77 Kの温度で1000 A/cm²のしきい値電流密度で動作していました。このような性能により、初期の頃は連続レーザー発振が実証されていました。しかし、室温（約300 K）で動作させた場合、しきい値電流密度は2桁も大きくなり、最良のデバイスでも100,000 A/cm²に達しました。1960年代後半における最大の課題は、300 Kで低いしきい値電流密度を実現し、それによって室温でダイオードレーザーによる連続波レーザー発振を実証することでした。
最初のダイオードレーザーはホモ接合ダイオードでした。つまり、導波路コア層の材料（したがってバンドギャップ）と周囲のクラッド層の材料は同一でした。特にアルミニウムガリウムヒ素を用いた液相エピタキシーの使用により、ヘテロ接合を導入する機会があることが認識されました。ヘテロ構造は、バンドギャップと屈折率が異なる半導体結晶の層で構成されています。ヘテロ接合（ヘテロ構造から形成される）は、1950年代半ばにRCA研究所で働いていたハーバート・クローマーによって、ダイオードレーザーを含むいくつかの種類の電子デバイスおよび光電子デバイスに独自の利点があることが認識されていました。LPEは、ヘテロ接合ダイオードレーザーを作る技術を提供しました。1963年、彼はダブルヘテロ構造レーザーを提案しました。
最初のヘテロ接合ダイオードレーザーは、単一ヘテロ接合レーザーでした。これらのレーザーは、LPEによって基板上に成長させたn型ガリウムヒ素層の上に、 p型アルミニウムガリウムヒ素注入器を配置していました。半導体結晶中のガリウムをアルミニウムに置き換えることで、 p型注入器のバンドギャップが下のn型層のバンドギャップよりも大きくなりました。これはうまくいき、300 Kでのしきい値電流は10分の1に低下して10,000 A/cm 2になりました。残念ながら、これはまだ必要な範囲には達しておらず、これらの単一ヘテロ構造ダイオードレーザーは室温で連続波動作しませんでした。
室温の課題を克服した革新技術は、ダブルヘテロ構造レーザーでした。その秘訣は、LPE装置内でウェハをアルミニウムガリウムヒ素（p型とn型）の異なる溶融物と、3番目のガリウムヒ素の溶融物の間で素早く移動させることでした。ガリウムヒ素のコア領域の厚さが1μmを大幅に下回る必要があったため、これを迅速に行う必要がありました。連続波動作を実現した最初のレーザーダイオードは、1970年にソ連のジョレス・アルフェロフとその共同研究者（ドミトリ・Z・ガルブゾフを含む）と、米国で研究していたモートン・パニッシュと林出雄によってほぼ同時に実証されたダブルヘテロ構造でした。しかし、アルフェロフとそのチームが最初にこのマイルストーンを達成したと広く認められています。[ 10 ]
アルフェロフとクローマーは、彼らとその同僚たちの功績により、2000年のノーベル物理学賞を共同受賞した。
上述の単純なレーザーダイオード構造は非効率的である。このようなデバイスは非常に多くの電力を必要とするため、損傷なく動作させるにはパルス動作しかできない。歴史的に重要で説明も容易ではあるが、実用的ではない。
これらのデバイスでは、低バンドギャップ材料の層が2つの高バンドギャップ層の間に挟まれています。よく使用される材料の組み合わせの1つは、ガリウムヒ素（GaAs）とアルミニウムガリウムヒ素（Al x Ga (1-x) As）です。異なるバンドギャップ材料間の接合部はそれぞれヘテロ構造と呼ばれ、そのためダブルヘテロ構造（DH）レーザーという名前が付けられています。この記事の前半で説明したタイプのレーザーダイオードは、これらのより一般的なデバイスと対比して、ホモ接合レーザーと呼ばれることがあります。
DHレーザーの利点は、自由電子と正孔が同時に存在する領域（活性領域）が薄い中間層に限定されている点です。これは、より多くの電子・正孔対が増幅に寄与できることを意味し、増幅効率の低い周辺部に取り残される電子・正孔対の数が少なくなります。さらに、光はヘテロ接合内で反射されるため、増幅が行われる領域に光が閉じ込められます。
中間層を十分に薄くすると、量子井戸として機能します。これは、電子の波動関数の垂直方向の変化、ひいてはそのエネルギー成分が量子化されることを意味します。量子井戸レーザーの効率はバルクレーザーよりも高くなります。これは、量子井戸系における電子の状態密度関数に急激な変化点があり、レーザー発振に寄与するエネルギー状態に電子が集中するためです。
複数の量子井戸層を含むレーザーは、多重量子井戸レーザーとして知られています。多重量子井戸は、利得領域と光導波路モードの重なりを改善します。
量子井戸層を量子ワイヤー、特に量子ドットを含む層に縮小することによって、レーザー効率のさらなる向上も実証されている。
量子カスケードレーザーでは、バンドギャップではなく量子井戸のエネルギー準位の差がレーザー遷移に利用されます。これにより、比較的長い波長でのレーザー発振が可能となり、層の厚さを変えるだけで波長を調整できます。これらはヘテロ接合レーザーです。
インターバンドカスケードレーザー（ICL）は、電磁スペクトルの広い範囲の中赤外領域においてコヒーレントな放射を生成できるレーザーダイオードの一種である。
上述の単純な量子井戸ダイオードの問題点は、薄い層が小さすぎて光を効果的に閉じ込めることができない点にある。これを補うために、最初の3層に加えてさらに2層を追加する。これらの層は中央の層よりも屈折率が低いため、光を効果的に閉じ込めることができる。このような設計は、分離閉じ込めヘテロ構造（SCH）レーザーダイオードと呼ばれる。
1990年代以降、市販されているレーザーダイオードのほぼ全ては、SCH型量子井戸ダイオードである。
分布ブラッグ反射器レーザー（DBR）は、単一周波数レーザーダイオードの一種です。[ 11 ]電気的または光学的ポンピングされた利得領域とフィードバックを提供する2つのミラーからなる光共振器が特徴です。一方のミラーは広帯域反射器で、もう一方のミラーは波長選択性があり、単一の縦モードで利得が優先されるため、単一の共振周波数でレーザー発振します。広帯域ミラーは通常、発光を可能にするために低反射率コーティングが施されています。波長選択性ミラーは、高反射率の周期構造回折格子です。回折格子は、共振器の非ポンピング領域、つまり受動領域内にあります。DBRレーザーは、半導体に回折格子がエッチングされたモノリシックなシングルチップデバイスです。DBRレーザーは、エッジ発光レーザーまたはVCSELです。同じトポロジーを共有する代替ハイブリッドアーキテクチャには、拡張共振器ダイオードレーザーと体積ブラッグ格子レーザーがありますが、これらは厳密にはDBRレーザーとは呼ばれません。
分布帰還型レーザー(DFB) は、単一周波数レーザーダイオードの一種です。[ 11 ] DFB は、 DWDMシステムで最も一般的な送信タイプです。レーザー発振波長を安定させるために、ダイオードのp - n接合の近くに回折格子がエッチングされます。この格子は光学フィルターのように機能し、単一の波長が利得領域にフィードバックされてレーザー発振します。格子がレーザー発振に必要なフィードバックを提供するので、ファセットからの反射は必要ありません。したがって、DFB の少なくとも 1 つのファセットには反射防止コーティングが施されています。DFB レーザーは、製造時に格子のピッチによって設定される安定した波長を持ち、温度によってわずかにしか調整できません。DFB レーザーは、正確で安定した波長が重要な光通信アプリケーションで広く使用されています。
この DFB レーザーのしきい値電流は、静的特性に基づくと約 11 mA です。線形領域での適切なバイアス電流は、静的特性の中央 (50 mA) に設定できます。このようなレーザーのシングルモード動作を強化するために、均一ブラッグ格子に 1 つの位相シフト (1PS) または多重位相シフト (MPS) を挿入するいくつかの手法が提案されています。[ 12 ]しかし、多重位相シフト DFB レーザーは、サイドモード抑制比が高く、空間ホールバーニングが低減されているため、最適なソリューションとなります。
垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）は、従来のレーザーダイオードのように電流の流れに垂直ではなく、光共振器軸が電流の流れの方向に沿っています。活性領域の長さは横方向の寸法に比べて非常に短いため、図に示すように、光は共振器の端からではなく表面から放射されます。共振器の両端にある反射鏡は、高屈折率と低屈折率の層を交互に積層した1/4波長厚の誘電体ミラーです。
このような誘電体ミラーは、屈折率n₁とn₂を持つ交互層d₁とd₂の厚さがn₁d₁ + n₂d₂ = λ/2となるようにすれば、必要な自由表面波長λにおいて高い波長選択反射率を実現し、界面での部分反射波の建設的干渉を引き起こします。しかし、欠点もあります。ミラーの反射率が高いため、VCSELはエッジ発光レーザーに比べて出力が低くなります。
VCSELの製造には、エッジ発光レーザーの製造プロセスと比較して、いくつかの利点があります。エッジ発光レーザーは、製造プロセスの最後までテストすることができません。接触不良や材料成長品質の悪さなどが原因でエッジ発光レーザーが動作しない場合、製造時間と加工材料が無駄になってしまいます。
さらに、VCSELはエッジエミッタのようにレーザーの活性領域に平行ではなく垂直にビームを放射するため、3インチのガリウムヒ素ウェハ上に数万個のVCSELを同時に加工できます。また、VCSELの製造プロセスはより多くの労力と材料を必要としますが、歩留まりをより予測可能な結果に制御できます。ただし、通常は出力レベルが低くなります。
垂直外部共振器面発光レーザー（VECSEL）は、 VCSELと類似しています。VCSELでは、ミラーは通常、ダイオード構造の一部としてエピタキシャル成長させるか、または別々に成長させて活性領域を含む半導体に直接接合します。VECSELは、2つのミラーのうち1つがダイオード構造の外部に配置されている構造が特徴です。そのため、共振器内には自由空間領域が含まれます。ダイオードから外部ミラーまでの一般的な距離は1cmです 。
VECSELの最も興味深い特徴の一つは、伝搬方向における半導体利得領域の厚さが100 nm未満と非常に薄いことである。これに対し、従来の面内型半導体レーザーでは、光は250 μmから2 mm、あるいはそれ以上の距離を伝搬する。伝搬距離が短いことの意義は、ダイオードレーザーの利得領域における非線形性の影響を最小限に抑えられる点にある。その結果、面内型（「エッジ発光型」）ダイオードレーザーでは得られない、断面積の大きいシングルモード光ビームが実現する。
複数の研究者が光ポンピングVECSELを実証しており、多モードダイオードレーザーバーで励起した場合の並外れた高出力と効率性から、工業機械加工（切断、打ち抜きなど）用の高出力光源を含む多くの用途向けに開発が続けられている。しかし、p - n接合を持たないため、光ポンピングVECSELはダイオードレーザーとはみなされず、半導体レーザーに分類される。
電気励起型VECSELも実証されている。電気励起型VECSELの応用例としては、近赤外線VECSEL発光体の周波数倍増を利用して青色光と緑色光を生成するプロジェクションディスプレイなどが挙げられる。
外部共振器型ダイオードレーザー（ECDL）は、共振光共振器を利用して光をレーザーにフィードバックする波長可変レーザーです。最初の外部共振器型ダイオードレーザーは、共振器内エタロン[ 13 ]と単純なチューニングリトロー格子[ 14 ]を使用していました。その他の設計には、斜入射構成の格子、多重プリズム格子構成、および圧電変換ダイオードレーザー構成が含まれます[ 15 ] [ 16 ] 。
レーザーダイオードは、発光ダイオードと同様の信頼性および故障の問題を抱えている。さらに、高出力で動作させた場合、光破壊（COD）という致命的な損傷を受ける可能性がある。
過去20年間におけるダイオードレーザーの信頼性向上に関する多くの技術革新は、開発者の専有情報として扱われている。リバースエンジニアリングによって、信頼性の高いダイオードレーザー製品とそうでない製品の違いを常に明らかにできるとは限らない。
半導体レーザーは、 VCSELのような表面発光レーザー、または面内端面発光レーザーに分類されます。端面発光レーザーの場合、端面ミラーは、半導体ウェーハを劈開して鏡面反射面を形成することによって形成されることがよくあります。[ 1 ] : 24この方法は、 GaAs、InP、GaSbなどのIII-V族半導体結晶の[110]結晶面が他の面に比べて弱いことによって容易になります。
劈開面における原子の状態は、その面で完全な周期格子が終端されるため、結晶内部のバルク特性とは異なっています。劈開面の表面状態は、半導体の本来禁制であるバンドギャップ内にエネルギー準位を持ちます。そのため、光が劈開面を通過して半導体結晶内部から自由空間へ伝搬する際、光エネルギーの一部が表面状態に吸収され、そこでフォノンと電子の相互作用によって熱に変換されます。これにより、劈開面のミラーが加熱されます。さらに、電気的に励起されるダイオードレーザーの端が、放熱経路となるマウントと完全に接触していないため、ミラーが加熱される場合もあります。
ミラーが加熱されると、高温領域では半導体のバンドギャップが縮小します。バンドギャップの縮小により、より多くの電子バンド間遷移が光子エネルギーと一致するようになり、さらに吸収が増加します。これは熱暴走と呼ばれる正のフィードバックの一種であり、結果としてファセットの溶融、すなわち壊滅的な光学的損傷（COD）を引き起こす可能性があります。
1970年代には、この問題が特定されました。この問題は、 0.630μmから1μmの波長で発光するGaAsベースのレーザーにとって特に厄介な問題であり（長距離通信に使用されるInPベースのレーザーは1.3μmから2μmの波長で発光するため、それほど深刻ではありません）、
ニュージャージー州プリンストンにあるRCAラボラトリーズのデビッド・サーノフ研究センターで研究者、後に副社長を務めたマイケル・エッテンバーグは、解決策を考案した。ファセット面に薄い酸化アルミニウム層を成膜するのだ。酸化アルミニウムの厚さを適切に選べば、反射防止コーティングとして機能し、表面での反射を低減する。これにより、ファセット面の発熱とCOD（化学的酸素要求量）が軽減された。
それ以来、さまざまな改良が加えられてきた。その一つは、いわゆる非吸収ミラー（NAM）を作成し、 劈開面から光が放出される直前の約10μmの領域を、目的の波長において非吸収性にするという方法である。
1990年代初頭、SDL社は高い信頼性特性を備えた高出力ダイオードレーザーの供給を開始しました。CEOのドナルド・サイフレス氏とCTOのデビッド・ウェルチ氏は、当時のSPIE Photonics Westなどの会議で、新たな信頼性性能データを発表しました。SDL社がCOD （制御発振器）を克服するために用いた手法は、極めて機密性の高いものと考えられており、2006年6月時点でも一般には公開されていませんでした。
1990年代半ば、スイスのIBMリサーチ・ルシュリコンは、 GaAsベースのレーザーにおけるCOD（光誘起歪み）に対する並外れた耐性を付与する、いわゆるE2プロセスを開発したと発表した。このプロセスも、2006年6月時点では非公開であった。
高出力ダイオードレーザーポンプバー（固体レーザーの励起に使用）の信頼性は、こうした独自の技術革新にもかかわらず、様々な用途において依然として困難な課題である。実際、ダイオードレーザーの故障の物理的メカニズムは未だ解明途上にあり、この分野の研究は、たとえ機密情報であっても活発に続けられている。
レーザーダイオードの寿命を延ばすことは、幅広い用途への継続的な適用にとって極めて重要である。
レーザーダイオードは、2004年の販売台数が約7億3300万台[ 17 ]で、他の種類のレーザーの13万1000台[ 18 ]と比較して、最も一般的なレーザーの種類です。
レーザーダイオードは、光ファイバー通信用の変調や結合が容易な光源として、電気通信分野で広く利用されています。また、距離計などの様々な計測機器にも使用されています。バーコードリーダーにもよく用いられています。可視光レーザー（通常は赤色、後に緑色も）は、レーザーポインターとして広く使われています。
低出力ダイオードと高出力ダイオードの両方が印刷業界で広く使用されており、画像のスキャン（入力）用の光源として、また超高速かつ高解像度の印刷版（出力）の製造にも用いられている。
赤外線および赤色レーザーダイオードは、CDプレーヤー、CD-ROM、DVD技術で広く使用されています。紫色レーザーは、HD DVDやBlu-ray技術で使用されています。ダイオードレーザーは、レーザー吸収分光法（LAS）においても、気相中の様々な物質の濃度を高速かつ低コストで評価またはモニタリングするための多くの用途が見出されています。
高出力レーザーダイオードは、熱処理、クラッディング、シーム溶接などの産業用途や、ダイオード励起固体レーザーなどの他のレーザーの励起に使用されます。
レーザーダイオードの用途は、さまざまな方法で分類できます。ほとんどの用途は、より大型の固体レーザーや光パラメトリック発振器で対応できますが、大量生産されるダイオードレーザーの低コスト性から、一般市場向け用途には不可欠です。ダイオードレーザーは非常に多くの分野で使用できます。光には出力、波長、スペクトルおよびビーム品質、偏光など、さまざまな特性があるため、これらの基本的な特性に基づいて用途を分類すると便利です。
ダイオードレーザーの多くの用途は、主に光ビームの指向性エネルギー特性を利用しています。このカテゴリーには、以下のようなものが含まれます。
上記アプリケーションの中には既に確立されているものもあれば、新たに登場したものもある。
レーザー医療：医療、特に歯科医療では、ダイオードレーザーの多くの新しい用途が見出されています。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]装置のサイズとコストの縮小[ 25 ]、および使いやすさの向上により、軽度の軟部組織処置において臨床医にとって非常に魅力的なものとなっています。
ダイオードの波長は 810 ～ 1,100 nmの範囲であり、軟組織への吸収は少なく、切断やアブレーションには使用されません。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]軟組織はレーザービームによって切断されるのではなく、代わりに高温に炭化したガラスチップとの接触によって切断されます。[ 28 ] [ 29 ]レーザーの照射はチップの先端で強く吸収され、500～900℃ まで加熱されます。[ 28 ]チップが非常に高温であるため、軟組織を切断するために使用でき、焼灼と炭化によって止血を引き起こすことができます。[ 28 ] [ 29 ]ダイオードレーザーを軟組織に使用すると、周囲の組織に広範囲にわたる付随的な熱損傷を引き起こす可能性があります。[ 28 ] [ 29 ]
レーザー光は本質的にコヒーレントであるため、レーザーダイオードのコヒーレンスを利用した用途がいくつかあります。これには、干渉計による距離測定、ホログラフィー、コヒーレント通信、化学反応のコヒーレント制御などが含まれます。
レーザーダイオードは、その狭いスペクトル特性を利用して、測距、電気通信、赤外線対策、分光センシング、無線周波数またはテラヘルツ波の生成、原子時計の状態準備、量子鍵暗号、周波数倍増および変換、水浄化（紫外線領域）、および光線力学療法（特定の波長の光によって、ポルフィリンなどの物質が、光が照射された組織でのみ抗がん剤として化学的に活性化される）などの分野で使用されています。
レーザーダイオードは、モード同期と呼ばれる技術によって超短パルス光を生成できるため、広く利用されています。その用途としては、高性能集積回路のクロック分配、レーザー誘起ブレークダウン分光法による高ピークパワー光源、無線周波数波の任意波形生成、アナログ-デジタル変換のためのフォトニックサンプリング、および安全な通信のための光符号分割多重アクセスシステムなどが挙げられます。
レーザーダイオードは、マスクレスフォトリソグラフィーの光源として使用される。