由兩種或兩種以上組分不同，或導電型別不同的奈米級超薄層(層厚10-1～10nm)材料交替地外延生長在一起所形成的多週期結構，具有這種結構的材料是一類人工改性的新的半導體材料。
簡史 超晶格的概念是美國國際商用機器(IBM)公司的江崎、朱兆祥在1969年提出的。他們認為，由於超品格的週期遠大於原晶體的晶格常數，但又小於電子的德布洛依波長晶體中電子的運動受到超晶格週期勢場的擾動，其運動狀態會發生很大變化。半導體超晶格具有許多“天然晶體”所沒有的新異的物理特性。理論上預計，原晶體的布里淵區會分裂為許多小區，相應的能帶也會分裂為許多子能帶，在外場作用下，電子易達到小布區邊界而會呈現出負阻效應和高頻振盪效應(布洛赫振盪)等。1971年美國貝爾(Bell)實驗室的卓以和用分子束外延(MBE)方法生長出了第一個GaAs／AlGaAs半導體超晶格材料，1972年美國IBM公司的張立剛觀測到分子束外延(MBE)GaAs／Al—GaAs超晶格的負阻效應，證實了理論預計。從此，半導體超晶格的研究引起了人們極大的興趣和日益廣泛的研究。20多年來，研究成的半導體超晶格已達數十種，涉及到Ⅲ-V、Ⅱ-Ⅵ、Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅳ族元素半導體、非晶態半導體、金屬、鐵磁體、超導體和有機物等多種半導體超晶格體系，並用以研製成功一系列效能優越的新型半導體器件，開拓了一代新的半導體科學技術。同時，由於它在物理上提供了一個極好的能在實驗上觀測量子尺寸效應的理想模型，發展了“低維物理”這一凝聚態物理的前沿研究領域。
分類 半導體超晶格按其所含的組分數目可分為只含一種組分的摻雜超晶格，如n型、p型摻雜交替的GaAs材料；含兩種組分的摻雜超晶格，如GaAs／AIGaAs和含兩種組分以上組分的複合型超晶格，如InAs，／GaSb／AlSb。根據異質結介面處能帶結構的不連續性，可分為I型超晶格(如GaAs／AlGaAs、InP／InGaAs(P))、Ⅱ型超晶格(如InAs／GaSb)和Ⅲ型超晶格(如HgTe／CdTe)三種。根據半導體晶格之間的晶格匹配情況，可以分為晶格匹配的超晶格和晶格失配的應變層超晶格(如。In(hAs／GaAs)。超晶格還在向每層厚度僅幾個原子層和低維度方向發展，因此還有所謂的短週期超晶格和一維超晶格、零維超晶格等新型結構。此外，還有將不同特徵的超晶格組合在一起、具有更為複雜能帶結構的混合型超晶格。
特點 GaAs／AlGaAs超晶格是研究得最早、應用最廣、最有代表性的I型組分超晶格，其能帶結構如圖ɑ所示。當AlGaAs勢壘層厚度增大到相鄰GaAs阱中的電子態沒有相互作用時，即電子和空穴都侷限在單個勢阱中運動，則多量子阱結構如圖b所示。
摻雜超晶格的優點是不存在易產生缺陷的半導體異質結介面。應變超晶格不僅大大擴充套件了可用作超晶格的材料範圍，並且其能帶結構和物理效能隨應力(可透過改變厚度和組分調節)變化。短週期超晶格可具有與其普通超晶格完全不同的物理特性。一維、零維超晶格中載流子運動維度的降低，使半導體材料的光、電效能更為優越。
製備 製備超晶格的主要超薄層半導體材料生長技術有分子束外延(MBE)、金屬有機物化學氣相澱積(MOCVD)和綜合了MBE和MOCVD優點的化學束外延(CBE)，為了獲得原子級平整的異質結介面和原子層厚度的外延層，發展了原子層外延和遷移增強外延等方法。生長了Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族和非晶態等多種半導體材料體系的超晶格和量子阱等微結構半導體材料，此外，還有利用磁性金屬材料組合成磁性超晶格。
半導體超晶格材料所具有的一系列優異的物理特性，已被廣泛用於發展各種新穎結構的半導體器件，特別是在高效率、低功耗的光電子器件和超高頻、超高速器件兩個方面已取得很大進展。如利用量子阱結構中載流子能態密度的臺階狀分佈特點研製的量子阱鐳射器，在閾電流密度、溫度特性、調製速率、偏振特性以及波長可調整等方面都遠優於普通的雙異質結鐳射器，被公認為是理想的鐳射器。利用量子阱結構具有的室溫激子效應、非線性光吸收特性和電場下激子峰紅移的量子限制斯塔克(Stark)效應，已研製了多種結構的半導體光調製器和光雙穩態器件，特別是80年代中期出現的自電光效應光學雙穩態器件，具有功耗很低，易列陣化和可與量子阱鐳射器、調製器等進行單片整合等特點，已用它做出了世界上第一臺數字式光資訊處理機，被認為是光計算技術的重大突破。利用量子阱結構中電子子帶間的躍遷，研製成功了可工作於8～10μm波段、探測率達1×1010cm"Hz1/2／W(77K)的遠紅外探測器，並做出了128×128的列陣，達到實用水平。在超高頻、超高速器件方面被認為最有發展前途的高電子遷移率電晶體(HEMT)則是利用了調製摻雜(AlGaAs中摻雜、GaAs中不摻)超晶格和異質結所特有的電子遷移率增強效應。而利用應變層超晶格、異質結制作的p-HEMT還可將器件的室溫跨導大大提高，利用量子阱結構的縱向輸運特性還研製了一系列超高速、超高頻器件，其中利用雙勢壘或多勢壘結構的共振隧穿效應的負阻器件的研製，具有很大的吸引力。
由兩種或兩種以上組分不同，或導電型別不同的奈米級超薄層(層厚10-1～10nm)材料交替地外延生長在一起所形成的多週期結構，具有這種結構的材料是一類人工改性的新的半導體材料。
簡史 超晶格的概念是美國國際商用機器(IBM)公司的江崎、朱兆祥在1969年提出的。他們認為，由於超品格的週期遠大於原晶體的晶格常數，但又小於電子的德布洛依波長晶體中電子的運動受到超晶格週期勢場的擾動，其運動狀態會發生很大變化。半導體超晶格具有許多“天然晶體”所沒有的新異的物理特性。理論上預計，原晶體的布里淵區會分裂為許多小區，相應的能帶也會分裂為許多子能帶，在外場作用下，電子易達到小布區邊界而會呈現出負阻效應和高頻振盪效應(布洛赫振盪)等。1971年美國貝爾(Bell)實驗室的卓以和用分子束外延(MBE)方法生長出了第一個GaAs／AlGaAs半導體超晶格材料，1972年美國IBM公司的張立剛觀測到分子束外延(MBE)GaAs／Al—GaAs超晶格的負阻效應，證實了理論預計。從此，半導體超晶格的研究引起了人們極大的興趣和日益廣泛的研究。20多年來，研究成的半導體超晶格已達數十種，涉及到Ⅲ-V、Ⅱ-Ⅵ、Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅳ族元素半導體、非晶態半導體、金屬、鐵磁體、超導體和有機物等多種半導體超晶格體系，並用以研製成功一系列效能優越的新型半導體器件，開拓了一代新的半導體科學技術。同時，由於它在物理上提供了一個極好的能在實驗上觀測量子尺寸效應的理想模型，發展了“低維物理”這一凝聚態物理的前沿研究領域。
分類 半導體超晶格按其所含的組分數目可分為只含一種組分的摻雜超晶格，如n型、p型摻雜交替的GaAs材料；含兩種組分的摻雜超晶格，如GaAs／AIGaAs和含兩種組分以上組分的複合型超晶格，如InAs，／GaSb／AlSb。根據異質結介面處能帶結構的不連續性，可分為I型超晶格(如GaAs／AlGaAs、InP／InGaAs(P))、Ⅱ型超晶格(如InAs／GaSb)和Ⅲ型超晶格(如HgTe／CdTe)三種。根據半導體晶格之間的晶格匹配情況，可以分為晶格匹配的超晶格和晶格失配的應變層超晶格(如。In(hAs／GaAs)。超晶格還在向每層厚度僅幾個原子層和低維度方向發展，因此還有所謂的短週期超晶格和一維超晶格、零維超晶格等新型結構。此外，還有將不同特徵的超晶格組合在一起、具有更為複雜能帶結構的混合型超晶格。
特點 GaAs／AlGaAs超晶格是研究得最早、應用最廣、最有代表性的I型組分超晶格，其能帶結構如圖ɑ所示。當AlGaAs勢壘層厚度增大到相鄰GaAs阱中的電子態沒有相互作用時，即電子和空穴都侷限在單個勢阱中運動，則多量子阱結構如圖b所示。
摻雜超晶格的優點是不存在易產生缺陷的半導體異質結介面。應變超晶格不僅大大擴充套件了可用作超晶格的材料範圍，並且其能帶結構和物理效能隨應力(可透過改變厚度和組分調節)變化。短週期超晶格可具有與其普通超晶格完全不同的物理特性。一維、零維超晶格中載流子運動維度的降低，使半導體材料的光、電效能更為優越。
製備 製備超晶格的主要超薄層半導體材料生長技術有分子束外延(MBE)、金屬有機物化學氣相澱積(MOCVD)和綜合了MBE和MOCVD優點的化學束外延(CBE)，為了獲得原子級平整的異質結介面和原子層厚度的外延層，發展了原子層外延和遷移增強外延等方法。生長了Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅳ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族和非晶態等多種半導體材料體系的超晶格和量子阱等微結構半導體材料，此外，還有利用磁性金屬材料組合成磁性超晶格。
半導體超晶格材料所具有的一系列優異的物理特性，已被廣泛用於發展各種新穎結構的半導體器件，特別是在高效率、低功耗的光電子器件和超高頻、超高速器件兩個方面已取得很大進展。如利用量子阱結構中載流子能態密度的臺階狀分佈特點研製的量子阱鐳射器，在閾電流密度、溫度特性、調製速率、偏振特性以及波長可調整等方面都遠優於普通的雙異質結鐳射器，被公認為是理想的鐳射器。利用量子阱結構具有的室溫激子效應、非線性光吸收特性和電場下激子峰紅移的量子限制斯塔克(Stark)效應，已研製了多種結構的半導體光調製器和光雙穩態器件，特別是80年代中期出現的自電光效應光學雙穩態器件，具有功耗很低，易列陣化和可與量子阱鐳射器、調製器等進行單片整合等特點，已用它做出了世界上第一臺數字式光資訊處理機，被認為是光計算技術的重大突破。利用量子阱結構中電子子帶間的躍遷，研製成功了可工作於8～10μm波段、探測率達1×1010cm"Hz1/2／W(77K)的遠紅外探測器，並做出了128×128的列陣，達到實用水平。在超高頻、超高速器件方面被認為最有發展前途的高電子遷移率電晶體(HEMT)則是利用了調製摻雜(AlGaAs中摻雜、GaAs中不摻)超晶格和異質結所特有的電子遷移率增強效應。而利用應變層超晶格、異質結制作的p-HEMT還可將器件的室溫跨導大大提高，利用量子阱結構的縱向輸運特性還研製了一系列超高速、超高頻器件，其中利用雙勢壘或多勢壘結構的共振隧穿效應的負阻器件的研製，具有很大的吸引力。