在表 2-1 中，有些材料與基板是屬於晶格匹配(lattice match)，見圖 2-4 所示，如 GaAs/GaAs 系統為典型的例子，甚至在 AlxGa1-xAs/GaAs 系統中
再由 Matthews 和 Blakeslee 等人深入研究而成，所以這種成長的材料亦稱 為假晶材料 (pseudomorphic material)[2.12]。其概念為在兩個晶格常數較 小的材料中間成長一個晶格常數較大的材料，如此 將形成一種壓縮型應變 (compressive strained)。反之，如果 在兩個晶格常數較大的材料中間成長一 個晶格常數較小的材料將形成一種伸張型應變(tensile strained)。而這兩種
(a) (b)
圖 2-5[2.23]磊晶層與基板之間的應變形式(a)壓縮型應變(b)伸張型應變
如同前述，只要兩種材料的晶格常數相差不大，磊晶層的厚度不要超 某個臨界厚度(critical thickness)值時，仍可保持品質良好而無缺陷的異質 接面。所以再引用具形變的材料同時，必須考慮到當材料中的成份的增加 會使應變量也隨之加大，當磊晶層的厚度增加，伴隨者應變的彈性能量也 不斷累積。相反的是，當超過一個臨界厚度時，此時材料將會發生塑性變 形(plastic deformation)，此時應變的能量將通過在界面附近產生差排缺陷 來釋放出來。此時原本具有應變的磊晶層應力將消失，恢復原來的晶格常 數，此時稱為鬆弛(relaxation)。然而，材料一旦經塑性變形後是無法再回 復[2.24],[2.25]，而產生的許多差排缺陷將於發光元件中會成為非輻射復合 (non-radiative recombination,NRR)中心來源，這些 NRR 中心的作用將大幅 降低發光效率[2.26]。
圖 2-6 說明應變量大小與臨界厚度(hc)之關係，當形變量較小時可成 長較厚的磊晶層，而較大形變量時可成長的磊晶層厚度變薄[2.13],[2.22]。
如果在一個半導體雷射二極體的量子井中引進應變技術即成為應變量子 井(strained quantum well)，具應變的量子井最大特點是應變能改變能帶結 構，隨著能帶結構的改變使價電帶的有效質量(effective mass)減少。由於 前述之原因而使能態密度(density of state)降低，因此在透明(transparency)
時有較低的載子密度，因此導致雷射二極體的臨界電流也減少，使特性變 好[2.27]。
圖 2-6 應變量與臨界厚度(hc)之關係
如圖 2-7 所示，一個不具應變的材料，其有效質量較大的重電洞帶 (heavy hole,HH)與效質量較小的輕電洞帶(light hole,LH)在 k=0 重疊在一起 [2.5]此時的光波將同時具有橫向電場模(transverse electric field mode,TE mode)及橫向磁場模(transverse magnetic field mode,TM mode)成份。如果具 有壓縮型應變的材料，其能帶中的重電洞帶與輕電洞帶將為分離狀態，電 子沿重電洞帶(E-HH)間躍遷，因此以 TE 模為主。另外，伸張型應變材料 的輕電洞帶則相對變成在重電洞帶的上方位置，電子沿輕電洞帶(E-LH) 間躍遷，因此以 TM 模為主[2.13],[2.28]-[2.30]。
典型的例子為 A.Valsterl 等人在 633nm 的紅光雷射量子井的實驗，在 GaxIn1-xP 量子井調整不同的 Ga 之含量 x 時可以分別得到-0.5% (x=0.58)伸 張型應變或 0.5%(x=0.45)壓縮型應變，在此時分別皆可得到最低的臨界電 流(threshold current)值[2.31]。以目前的趨勢及發展來看，635nm 紅光雷射 使用為伸張型應變量子井，主要應用為工業用途，而 650nm 紅光雷射則 使用為壓縮型應變量子井，其要應用為光儲存用途。
圖 2-7[2.28] 應變對量子井的能帶結構之影響；伸張型應變(左)，無應 變(中) ，壓縮型應變(右)