异质结（heterojunction）是由两种不同带隙半导体组成的PN结。因结面两边半导体材料折射率和带隙的差异，异质结对注入窄带隙材料中的电子和在其内辐射复合产生的光子有双重限制作用，可提高半导体光电子器件性能。
按材料的导电类型，异质结可分为异型异质结和同型异质结。异型异质结是指导电类型不同的两种材料形成的结。同型异质结是指导电类型相同的两种材料形成的结。主要的异质结材料有GaAs基材料、Si基材料等。在实际应用中，异质结因为表面态的存在，费米能级有可能被表面态钉扎在界面上，从而导致界面处电场改变，容易形成肖特基势垒。由于肖特基势垒具有整流作用，在PN异质结中整流效应明显。异质结可以应用在碳纳米管、异质结电池、半导体激光二极管等领域。
分类
异质结按照不同的特点有四种分类方式：
（1）按两种半导体材料的导电类型分为反型异质结和同型异质结。导电类型相反的两种半导体材料构成的PN结为反型异质结，如P型Cu2S和N型CaS；导电类型相同的两种半导体材料则构成同型异质结，如P-Si和P-GaP。
（2）按材料区别分两种半导体材料之间组成的结为半导体与非半导体异质结，如金属肖特基势垒。
（3）按内表面变化分为突变异质结和缓变异质结（有混合区）。
（4）按晶格尺寸匹配分为匹配异质结和非匹配异质结。
当用两种不同的半导体材料组成PN结时，其过渡区就叫异质结。如果两种半导体材料可以相互融合而又是逐渐过渡时，所得到的结与同质结相比差别是很小的。这种过渡区称“准同质结”。异质结分为突变型异质结和缓变型异质结，如N-ZnSe和P-ZnTe之间、p-GaAs和n-GaP之间的渐变过渡区就是准同质结。我们常把渐变和突变的过渡区叫异质结。使用异质结目的之一就是为了获得少子的高注入效率，即少子注入较小能隙半导体材料中。因为辐射复合发生在较低的能隙区，一般情况带隙较大的材料对较低能隙材料产生的辐射是透明的，因此常被用作辐射的发射窗口。在实际应用中，异质结因为表面态的存在，费米能级有可能被表面态钉扎在界面上，所以界面处的电场发生改变，容易形成肖特基势垒。由于肖特基势垒具有整流作用，在PN异质结中整流效应明显。
基本特性
迁移率增大
半导体的自由电子主要是由掺杂杂质形成的，所以在一般的半导体材料中，由于杂质对自由电子的碰撞散射，导致自由电子降低了其行动能力，使得其迁移率减小。但在异质结构中，可利用“三明治”结构将杂质夹在两边的夹层中，中间层的带隙宽度小，杂质所提供的电子会局限在中间层。因此在空间上使得电子与杂质分开，电子的运动就不会因杂质的碰撞散射受到限制，使其迁移率可以大大增加。
二维量子阱效应
异质结的“三明治”结构因其中间层的能级较低，两侧自由电子很容易运动到中间层并被局限其中；而中间层的厚度可以很小（仅有几纳米），该电子只剩下一个二维空间，这就形成了一个二维量子阱结构，在如此小的阱空间内，电子的特性会受到量子效应的影响而改变。因此半导体异质结构提供了一个非常好的物理系统，可用于研究低维度下的电子物理特性，例如能级量子化、基态能量增加、能态密度改变等，其中能态密度与能级位置是决定电子特性的重要因素。低维度下的电子特性不同于三维情况下的电子特性，如电子束缚能的增加、电子与空穴的复合率变大，出现量子霍尔效应和分数霍尔效应等。利用这种低维度的电子特性，科学家们已经做出了各式各样的组件，其中就包含光纤通讯中的高速光电组件，而量子与分数霍尔效应分别获得诺贝尔物理学奖。
人造材料能带工程
半导体异质结构中间层或是两旁的夹层，可因需要不同而改变。例如砷化镓，镓可以被铝或钢取代，而砷可用磷、锑、或氮取代，所设计出来的材料特性因而变化多端，因此有人提出了人造材料能带工程。若将锰原子取代镓，则发现半导体具有铁磁性的现象，今后可利用半导体电子的自旋特性做成组件。此外，在半导体异质结构中，如果邻近两层的原子间距不相同，原子的排列会被迫与下层相同，那么在两层之间的界面处原子间就会存在应力，该应力会改变电子的能带结构与行为。目前薄膜材料的生长技术大力提高，薄膜间应力的大小已可由薄膜生长技术来调控。因此科学家们又多了一个调控改变半导体材料能隙的因素，可制备更多新颖的半导体器件，例如硅锗异质结构高速晶体管。
应用
异质结是由两种不同带隙半导体组成的PN结，可以应用在碳纳米管、异质结电池、半导体激光二极管等领域，半导体异质结构亦大量使用于其它光电组件，如光侦测器、太阳电池、标准电阻或是光电调制器等。
碳纳米管
单壁碳纳米管封装碘化铅异质结构对于自供电光电探测器的构建至关重要，这归因于碘化铅的强空穴掺杂。紫外光为分离电子-空穴对提供了额外的驱动力，增强了主体和客体材料之间的电荷转移，并在与氮化镓相互作用时产生强大的内建电场。
异质结电池
异质结电池的性能与成本高度依赖于非晶硅薄膜和透明导电氧化物（TCO）薄膜的沉积质量，而这正是捷造科技技术创新的重点领域。捷造科技针对异质结电池的工艺特点，通过加强核心的RF/VHF（射频/甚高频）放电系统和大面积基板下电场气场的理论计算与实践优化，实现了膜层沉积精度和速率的精确控制。解决了传统HJT设备在大面积沉积时常见的膜厚不均匀、缺陷密度高等问题，使量产平均转换效率突破26.5%，同时将沉积速率提高20%以上，显著降低了单位产能的能耗与时间成本。
半导体激光二极管
半导体激光二极管由半导体PN结二极管构成，在正向注入电流驱动下工作的激光器。
异质结双极晶体管
异质结双极晶体管（HBT）是通过将双极晶体管发射结改为异质结构形成的半导体器件。其核心结构采用不同带隙的半导体材料组合（如GaAs/InGaP、InP/InGaAs），通过能带工程设计实现高频性能提升，在20GHz频段可输出0.5W功率并实现200GHz最大振荡频率。该器件具有优于同质结晶体管的1/f噪声特性（低30dBc/Hz@10kHz偏移）和长使用寿命（MTTF>10⁷小时），已广泛应用于蜂窝通信功率放大器、光纤驱动器和毫米波通信系统。
参考资料 >
碳纳米管内嵌异质结的光电应用研究取得进展.中国科学院.2026-02-25
智能聚合(7)全部展开.术语在线.2026-03-03
异质结3.0时代的降本提效革命:捷造科技设备技术创新与产业拐点分析.中国经济网.2026-02-25
光学名词光学_光源.术语在线.2026-02-25
中华人民共和国国家知识产权局.中华人民共和国国家知识产权局.2026-03-03