分子束外延生長(zhǎng)，顧名思義，就是使組成目標(biāo)樣品的原子或分子定向運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)襯底（一般為有確定晶向的單晶）上，并使其按照襯底的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行生長(zhǎng)。具體到 GaAs，就是使單質(zhì)的 Ga 與 As分別形成原子束或分子束，然后在合適襯底上相遇并反應(yīng)形成 GaAs。如何獲得定向運(yùn)動(dòng)的原子或分子束呢？類似于加熱燒杯中的水，對(duì)靶材加熱，就可以蒸發(fā)出原子或分子。但這還不夠，當(dāng)我們加熱一杯水時(shí)，一個(gè)熟悉的場(chǎng)景是，水蒸氣很快就被空氣中的粒子散射，傳播距離有限。因此，生長(zhǎng)進(jìn)行的環(huán)境一定要是超高真空，對(duì) MBE 而言，通常需要比大氣壓低10-13倍以上的真空。只有在這樣“超凈”的環(huán)境中，才能有效的減小靶材原子或分子在到達(dá)襯底之前與環(huán)境氣體的碰撞，形成準(zhǔn)直的分子束。那么如何保證原子或分子在襯底表面反應(yīng)并形成外延生長(zhǎng)呢？這里的另一個(gè)關(guān)鍵就是襯底的溫度。可以想象，如果襯底溫度過低，原子或分子到達(dá)襯底后不能充分遷移、反應(yīng)和晶化，肯定無(wú)法獲得好的外延生長(zhǎng)；反之，如果襯底溫度太高，到達(dá)襯底的原子，特別是分子，極易發(fā)生脫附，這不但導(dǎo)致較低的生長(zhǎng)速率，更嚴(yán)重的是非化學(xué)配比薄膜的形成。為了制備組分且組分突變的半導(dǎo)體材料，如超晶格和異質(zhì)結(jié)，我們還需要控制各個(gè)蒸發(fā)源的溫度。PID 控制器（比例-積分-微分控制器）的發(fā)展使我們對(duì)溫度的控制精度達(dá)到了1°C 以內(nèi)，這對(duì)獲得組分可控的半導(dǎo)體材料、異質(zhì)結(jié)和超晶格起到了奠基的作用。

為了保證半導(dǎo)體器件的性能，半導(dǎo)體材料必須要做得非常的純，往往幾百萬(wàn)原子中才允許有一個(gè)雜質(zhì)。要做到這一點(diǎn)，MBE 生長(zhǎng)不但要在超高真空中進(jìn)行，而且用作蒸發(fā)源的原材料的純度也必須要非常高。以用途廣泛的化合物半導(dǎo)體 GaAs 為例，As 源材料的純度一般為99.9999%（6N）或者99.99999%（7N），Ga 源材料的純度要在99.9999%（6N）以上。如用作集成電路和微波器件，Ga 的純度甚至要達(dá)到99.999999%（8N）以上。

通過上面簡(jiǎn)單的介紹，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以勾勒出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分子束外延系統(tǒng)的大致構(gòu)造了，如圖所示，它主要包括超高真空系統(tǒng)、蒸發(fā)源、襯底加熱臺(tái)和反射式高能電子衍射儀（RHEED）。