分子束外延生長，顧名思義，就是使組成目標樣品的原子或分子定向運動到目標襯底（一般為有確定晶向的單晶）上，并使其按照襯底的晶體結構進行生長。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形成 GaAs。如何獲得定向運動的原子或分子束呢？類似于加熱燒杯中的水，對靶材加熱，就可以蒸發(fā)出原子或分子。但這還不夠，當我們加熱一杯水時，一個熟悉的場景是，水蒸氣很快就被空氣中的粒子散射，傳播距離有限。因此，生長進行的環(huán)境一定要是超高真空，對 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襯底之前與環(huán)境氣體的碰撞，形成準直的分子束。那么如何保證原子或分子在襯底表面反應并形成外延生長呢？這里的另一個關鍵就是襯底的溫度?？梢韵胂?，如果襯底溫度過低，原子或分子到達襯底后不能充分遷移、反應和晶化，肯定無法獲得好的外延生長；反之，如果襯底溫度太高，到達襯底的原子，特別是分子，極易發(fā)生脫附，這不但導致較低的生長速率，更嚴重的是非化學配比薄膜的形成。為了制備組分且組分突變的半導體材料，如超晶格和異質(zhì)結，我們還需要控制各個蒸發(fā)源的溫度。PID 控制器（比例-積分-微分控制器）的發(fā)展使我們對溫度的控制精度達到了1°C 以內(nèi)，這對獲得組分可控的半導體材料、異質(zhì)結和超晶格起到了奠基的作用。

為了保證半導體器件的性能，半導體材料必須要做得非常的純，往往幾百萬原子中才允許有一個雜質(zhì)。要做到這一點，MBE 生長不但要在超高真空中進行，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 的純度甚至要達到99.999999%（8N）以上。

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