薄膜作製 - エピタキシー
ほとんどの材料は、非晶質、結晶質、多結晶質の状態で存在する。その機械的、光学的、熱的、電気的特性もまた、状態によって異なる。
例えば、カーボンはアモルファス状態では黒色の粉末であるが、結晶状態ではダイヤモンドであり、高い屈折率を持つ光学的に透明な固体である。酸化第二ケイ素はアモルファス状態では白色の粉末であり、結晶状態では石英である。
結晶膜は製造が難しいため、用途に適した性能を持つ限り、非晶質膜が使用される。これは光学コーティングの場合であり、ほとんどのフィルムの屈折率は、ランダムなアモルファス状態でも優れた信頼性と再現性を持つことができる。金属膜もアモルファス状態で使用されるが、その理由は導電率と光学反射率を確実に再現できるからである。アモルファス材料と結晶材料の主な違いは、その電子エネルギーバンド構造である。アモルファス材料は、そのランダムな配向のため、見かけ上のエネルギーバンド構造を持たない。
結晶薄膜は、格子構造が成長させる薄膜の格子構造と密接に一致する基板上にのみ成長させることができる。基板が薄膜と同一である場合、均質エピタキシーと呼ばれる。基板がわずかに異なっていても適合する場合は、不均質エピタキシーと呼ばれる。
一般的なシリコンに加え、エピタキシーはGaAs、InP、InAsなどのIIIeV半導体に最も広く用いられている。多くのIIIeV半導体は、元の結晶構造を大きく変えることなく、他の元素（例えばGaxAl1 xAs）を含むことによってバンド構造を調整できるという興味深い特性を示す。これにより、異なる電子バンド構造を持つエピタキシャル層を互いに重ねることができる。これがヘテロジニアス・エピタキシーであり、レーザー・ダイオード、発光ダイオード（LED）、量子井戸デバイスなどの光電子デバイスでは一般的になりつつある。
有機金属CVD
有機金属 CVD (MOCVD) は、LPCVD と同様に、基板上に前駆体ガスを流してエピタキシャル膜を成長させる CVD プロセスである。IIIeV半導体では、金属元素はトリメチルガリウム（Ga(CH3)3）やトリメチルインジウム（In(CH3)3）、アルシン（AsH3）やホスフィン（PH3）などの有機ガスによって運ばれる。加熱された基板表面での熱分解により、ガスが分解して目的の膜が形成される。プロセス圧力は通常10e100Torrの範囲であり、その結果、成長速度は比較的速い。 MOCVDの欠点は、前駆体ガスに毒性と爆発性があるため、小規模な研究室では使いにくいことである。しかし、MOCVDは多数の基板を同時にチャンバーに入れることができるため、大量生産に適したスケーラブルなプロセスである。その結果、量子井戸レーザーやLEDなどの製造に広く利用されている。
分子線エピタキシー
MOCVDはLPCVDに似ているが、分子線エピタキシー（MBE）はPVD蒸発に似ていると考えることができ、超高真空中で行われる。このため、MBEは非常に高い純度レベルを必要とする用途に適している。異なる集積セルからのガリウムやインジウムのような固体ソースは通常、昇華させ、基板上で凝縮させる。これらのセルは、ある材料から別の材料への移行を迅速かつ正確に行うために閉じられている。高真空環境では、成長プロセス中にさまざまな診断ツールを使用することもできます。多くのMBEシステムでは、反射型高エネルギー電子回折（RHEED）を使用して成長プロセスをモニターし、成長する単分子膜を数えることができる。化学ビームエピタキシーは、固体ソースではなくガスソースを使用するMBEの一種ですが、原理は非常によく似ています。MOCVDに対するMBEの最大の欠点は、成長速度が遅く、一度に多くのウェハーを成長させることができないことである。とはいえ、研究施設や一部の限定された生産環境では、エピタキシャル膜成長の基本的特性を研究するために、MOCVDよりもMBEが広く使用されている。
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