半导体激光器的核心工作原理，是依托电子在半导体材料中的能带跃迁来实现发光。当电子从高能态的导带落至低能态的价带时，会释放出能量，形成光子。此过程即为半导体的辐射跃迁。此类材料分为直接带隙和间接带隙两种，其中，如砷化镓等直接带隙材料，由于其辐射跃迁几率高，因此发光效率更优。

半导体激光器的结构通常包括同质结、单异质结与双异质结等类型。在室温下，同质结和单异质结激光器多作为脉冲工作模式，而双异质结激光器则能在室温下持续工作。这些设备的激励方式包括电注入、电子束激励及光泵浦。

在半导体激光器中，粒子数的反转分布是产生激光的一个关键条件。这种状态是通过从P型和n型侧向有源区注入大量载流子来实现的，使得导带中的电子数量超过价带，形成粒子数的反转。此外，半导体激光器的谐振腔，即由两端反射镜构成的法布里-珀罗腔，通过高增益来补偿光损耗，从而维持光振荡并产生激光。

关于半导体激光器与光纤激光器的差异，最明显的是它们所用的介质材料。光纤激光器使用的是光纤作为增益介质，而半导体激光器则使用诸如砷化镓这样的半导体材料。半导体激光器主要通过电激励进行直接的电光转换，而光纤激光器则通常需要外部激光二极管泵浦来实现光光转换。此外，两者在散热性能、主要特性及应用领域也存在显著不同。例如，光纤激光器常用于激光通信和工业加工，而半导体激光器则广泛应用于激光测距、雷达和通信等多个领域。

半导体激光器具备多个优势，包括体积小、重量轻、运转可靠、耗电少以及高效率等，使其在现代光电领域中扮演了极其重要的角色。