Annak ellenére, hogy a lézerdiódák első, demonstrációs példányai már a lézerek felfedezését követően néhány évvel megépültek, a félvezető technika jelentős fejlődésére volt szükség ahhoz, hogy ezen eszközök megbízhatóvá, hosszú élettartamúvá, olcsón előállíthatóvá, és ezáltal gyakorlatilag mindennapi életünk részeivé váljanak.  Hasonlóan a fényemittáló (LED) diódákhoz, a fénykibocsátás egy félvezető kristályban létrehozott p-n átmenetben nyitó irányú feszültség hatására  megy végbe az elektron-lyuk rekombináció során. 

Míg a LED diódák alacsony áramsűrűség mellett is működnek, az erősítés, azaz a populációinverzió kialakulása nagy áramsűrűséget (~10⁵ A/cm²) igényel. Emiatt a lézeraktív közeget kis méretűre kell készíteni: a p-n átmenet vastagsága néhány mikrométer, a hossza (a nyitott felületre merőlegesen) 100-500  μm, a fénykibocsátó (nyitott) felület szélessége ~100-200 μm. A félvezetők nagy törésmutatója miatt a kristály-levegő határfelületen nagy a reflexió (30-40 %), ezért nincs szükség külön tükrökre egy Fabry-Perot (síkpárhuzamos) rezonátor kialakításához. Az említett méretek egy olyan geometriájú rezonátort definiálnak, melynek jellemző paraméterei pl. 5 μm×100 μm sugárzó felület és 500 μm rezonátor hossz. A kis méretű, vonalszerű sugárzó felület miatt a lézernyaláb nagyon széttartó, a divergencia szöge általában nagymértékben  különbözik az átmenettel párhuzamos (akár 45 °) és merőleges irányban (5-10°). A lézerátmenet nagy sávszélessége miatt általában több módban sugároznak, de megfelelően rövid (~100 μm) rezonátorhossz és kis átmenet vastagság (~1 μm) mellett egymódusú lézerműködés is elérhető, igaz, jelentősen lecsökkent sugárzó teljesítmény mellett. Az egymódusú működés különösen az interferometrikus felhasználás esetén kulcsfontosságú, mint például a lézer-Doppleres, vagy szórási interferencián alapuló véráramlás-mérés. A működési hullámhosszt befolyásolja az aktív zóna hőmérséklete, ezért sok esetben szükséges lehet a hőmérsékletstabilizált kialakítása. Különböző optikai módszerekkel a stabilitás tovább javítható, azonban ezen módszerek nagyságrendileg is megnövelhetik az amúgy jellemzően olcsónak számító lézer diódák árát.

Míg az első (infravörös) lézerdiódák GaAs kristályon alapultak, napjainkra félvezetők széles skáláját alkalmazzák, melyek alumínium (Al), a gallium (Ga)  indium (In), szilícium (Si), nitrogén (N),  foszfor (P), arzén (As) és antimon (Sb) különböző keverékein alapulnak. A komponensek változtatásával ezen fényforrások számos hullámhosszon az UV-től a távoli infravörösig elérhetők.  Az orvostudományban főleg a 635nm-2 μm tartományon működő félvezető lézereket alkalmazzák különböző esztétikai célú kezelések esetében, diagnosztika, fotodinámiás (fotodinamikus) terápia, lézersebészet és szoft-lézer terápia során.