氮化镓（GaN）是蓝绿光LED、激光器和功率电子器件的关键材料，但它很少直接在GaN衬底上生长，更多是在蓝宝石、硅或碳化硅衬底上外延。这种异质外延的第一道难题就是晶格失配：GaN与常用衬底的晶格常数并不相同，外延层在生长初期就被迫拉伸或压缩，内部积累起很大的应力。

以蓝宝石衬底为例，GaN与蓝宝石之间的晶格失配约为16%，属于大失配体系。外延初期，GaN通过形成位错来释放部分失配应力，但位错密度很高，会延伸到有源区并成为非辐射复合中心，影响发光效率。硅衬底的情况也类似，晶格失配约17%，而且热膨胀系数差异更大，生长温度降到室温的过程中还会叠加一层热失配应力，让问题更加复杂。

应力积累到一定程度会以两种可见形式释放：翘曲和开裂。晶圆翘曲会让后续光刻的焦平面不一致，边缘与中心出现套刻偏差；更严重时，外延层表面出现裂纹，裂纹一旦贯穿有源区，整片晶圆的可用面积就会大幅下降。外延层越厚，应力积累越多，裂纹风险越高，这也是GaN功率器件做厚外延层时格外谨慎的原因。

工程上缓解应力的方法已经比较成熟。常见做法是在衬底与GaN之间先生长低温缓冲层或AlN成核层，让位错在缓冲层里弯曲、湮灭；再通过AlGaN/GaN超晶格或插入层引入反向应力，抵消后续生长的拉应力。图形化蓝宝石衬底则通过微结构改变位错走向，减少延伸到位错的有源区的位错密度，同时还能提升LED的光提取效率。

应力控制的最终落点是器件性能与均匀性。残余应力会改变能带结构和压电极化场，导致同一片晶圆上不同位置的发光波长漂移，这对显示和照明用LED的波长一致性是直接挑战。评价GaN外延片时，除了看表面形貌和X射线衍射半峰宽，更要关注翘曲度、裂纹密度和波长分布：应力管得住，良率与一致性才有保障。