2種類以上の元素の原子結合により生じた半導体で、シリコンやゲルマニウムのような単一元素からなる元素半導体と区別される。ガリウムヒ素（GaAs）、インジウムリン（InP）、窒化ガリウム（GaN）などの3-5族半導体、セレン化亜鉛（ZnSe）、酸化亜鉛（ZnO）などの2-6族半導体などがある。化合物半導体は、元素半導体では実現が困難、あるいは性能が不十分な電子素子、たとえば超高速増幅器、発光ダイオード（LED）、半導体レーザー、光検出素子などに使われる。なかでも3-5族系半導体を中心とした発光ダイオードや半導体レーザーは、今日の光ファイバーを用いた光通信用の光源として欠かせないものとなっている。