半導体レーザーは、半導体ゲイン媒体に基づく固体レーザーであり、光増幅は通常、伝導帯のキャリア密度が高い条件下でのバンド間遷移での誘導放出によって実現されます。
光ポンピングされた半導体のゲインの物理的起源（バンド間遷移の通常の場合）を図1に示します。ポンピングがない場合、ほとんどの電子は価電子帯にあります。バンドギャップエネルギーをわずかに超える光子エネルギーを持つポンプビームは、電子を励起して伝導帯のより高い状態にし、そこから伝導帯の底部近くの状態に急速に減衰させることができます。同時に、価電子帯に生成された正孔は価電子帯の最上部に移動します。次に、伝導帯の電子はこれらの正孔と再結合し、バンドギャップエネルギーに近いエネルギーで光子を放出します。このプロセスは、適切なエネルギーを持つ入射光子によっても刺激されます。定量的な説明は、両方のバンドの電子のフェルミ-ディラック分布に基づくことができます。