Гетерострукту́ра, твердотельная структура, содержащая несколько гетеропереходов. Гетероструктуры классифицируются по типу гетероперехода. В гетероструктурах первого типа разрывы зон на гетеропереходе формируют область локализации для электронов и дырок в одном слое. В гетероструктурах второго типа электроны и дырки локализованы в различных слоях. Управление локализацией носителей заряда и шириной запрещённой зоны в гетероструктурах позволяет создавать эффективные светоизлучающие приборы, транзисторы с высокой подвижностью электронов, гетеробиполярные транзисторы, солнечные элементы и другие приборы микро- и оптоэлектроники.

Гетероструктуры характеризуются размерностью $D$. В гетероструктурах со сравнительно толстыми слоями полное число электронных состояний $N$ пропорционально кубу волнового вектора $𝑘$ и плотность состояний $dN/dℰ$ для параболического закона дисперсии зависит главным образом от энергии $ℰ$ относительно дна зоны проводимости или потолка валентной зоны (рисунок). В случае сверхтонких слоёв, т. н. квантовых ям (около 10 нм и менее), движение носителей заряда квантовано в направлении, Схематическое представление гетероструктур различной размерности D (а); число электронных состояний N в пространстве волнового вектора k (б); плотность состояний dN/dℇ (в). 3D – объёмный материал или толстый слой двойной гетероструктуры с неограниченным движением носителей в трёх измерениях; 2D – сверхтонкий слой с неограниченным движением носителей заряда в двух измерениях и размерным квантованием в направлении, перпендикулярном к плоскости слоя (гетероструктура с квантовой ямой); 1D – неограниченное движение возможно только в одном направлении (гетероструктура с квантовой проволокой); 0D – движение носителя заряда полностью квантовано (гетероструктура с квантовой точкой). БРЭ. Т. 7.Схематическое представление гетероструктур различной размерности D (а); число электронных состояний N в пространстве волнового вектора k (б); плотность состояний dN/dℇ (в). 3D – объёмный материал или толстый слой двойной гетероструктуры с неограниченным движением носителей в трёх измерениях; 2D – сверхтонкий слой с неограниченным движением носителей заряда в двух измерениях и размерным квантованием в направлении, перпендикулярном к плоскости слоя (гетероструктура с квантовой ямой); 1D – неограниченное движение возможно только в одном направлении (гетероструктура с квантовой проволокой); 0D – движение носителя заряда полностью квантовано (гетероструктура с квантовой точкой). БРЭ. Т. 7.перпендикулярном к плоскости слоёв (двумерные системы), и плотность состояний представляет собой ступенчатую функцию, где энергетическое расстояние между ступенями возрастает квадратично с уменьшением толщины слоя. В гетероструктурах с размерным квантованием в двух направлениях и, соответственно, одномерным неограниченным движением носителей (квантовой проволоке) плотность состояний испытывает сингулярность (особенность) у дна каждой подзоны. В гетероструктурах с размерным квантованием во всех трёх измерениях (квантовой точке) спектр плотности состояний представляет собой дельта-функцию аналогично спектру плотности состояний атома. Возможность управлять плотностью состояний твёрдого тела путём изменения характерных размеров гетероструктуры и её размерности и, соответственно, целенаправленно и кардинально изменять электронные и оптические свойства среды привела к прорыву в области физических исследований и применений гетероструктур.

Разные показатели преломления света для различных слоёв гетероструктуры позволяют достигать эффективного волноводного эффекта, используемого, например, в гетеролазерах с выводом излучения параллельно плоскости слоёв. Многослойные интерференционные гетероструктуры позволяют получать высокие коэффициенты отражения света в направлении, перпендикулярном плоскости слоёв, и используются, например, в вертикально излучающих лазерах, лазерах с наклонной модой с выводом излучения либо вдоль слоёв, либо с поверхности. Наиболее широко используемые гетероструктуры получают в системах полупроводников химических элементов IV группы и соединений групп III, V и II, VI периодической системы.