半導體激光器的核心工作原理，是依托電子在半導體材料中的能帶躍遷來實現發光。當電子從高能態的導帶落至低能態的價帶時，會釋放出能量，形成光子。此過程即為半導體的輻射躍遷。此類材料分為直接帶隙和間接帶隙兩種，其中，如砷化鎵等直接帶隙材料，由于其輻射躍遷幾率高，因此發光效率更優。

半導體激光器的結構通常包括同質結、單異質結與雙異質結等類型。在室溫下，同質結和單異質結激光器多作為脈沖工作模式，而雙異質結激光器則能在室溫下持續工作。這些設備的激勵方式包括電注入、電子束激勵及光泵浦。

在半導體激光器中，粒子數的反轉分布是產生激光的一個關鍵條件。這種狀態是通過從P型和n型側向有源區注入大量載流子來實現的，使得導帶中的電子數量超過價帶，形成粒子數的反轉。此外，半導體激光器的諧振腔，即由兩端反射鏡構成的法布里-珀羅腔，通過高增益來補償光損耗，從而維持光振蕩并產生激光。

關于半導體激光器與光纖激光器的差異，最明顯的是它們所用的介質材料。光纖激光器使用的是光纖作為增益介質，而半導體激光器則使用諸如砷化鎵這樣的半導體材料。半導體激光器主要通過電激勵進行直接的電光轉換，而光纖激光器則通常需要外部激光二極管泵浦來實現光光轉換。此外，兩者在散熱性能、主要特性及應用領域也存在顯著不同。例如，光纖激光器常用于激光通信和工業加工，而半導體激光器則廣泛應用于激光測距、雷達和通信等多個領域。

半導體激光器具備多個優勢，包括體積小、重量輕、運轉可靠、耗電少以及高效率等，使其在現代光電領域中扮演了極其重要的角色。