外延生长的薄膜材料和衬底材料不同，或者说生长化学组分、甚至是物理结构和衬底完全不同的外延层，相应的工艺就叫做异质外延；这类工艺复杂、成本较低 这种方法在晶体生长中应用的比较多，能够改善晶体的生长，可以用来形成自然界中没有的人工结构材料。 在半导体应用中，异质外延材料的选择是根据其能带间隙和晶格匹配来决定的。对于光学应用，还需要考虑光子跃迁方式。