3.3 Vapor-Phase Epitaxy(气相外延)
在一个外延工艺中，衬底晶片起籽晶的作用。外延工艺与熔体生长工艺的不同之处在于外延层可以在一个温度明显低于熔点的条件下生长（通常是低30％到50％）。在各种外延工艺中，气相外延对（VPE-- vapor phase epitaxy）硅器件就目前来说是最重要的。VPE对砷化镓来说也重要，但是其它的外延工艺（例如：分子束外延）可为砷化镓的外延生长提供一些VPE不具有的优点。
注意到基座的几何形状为反应容器提供了名称：水平的，扁平的，和桶状的基座，它们都用石墨块做成。在外延反应装置中，基座都类似于单晶生长炉中的坩锅。它们不仅机械地支撑晶片，同时在反应加热装置中作为反应的热源。
四种硅源已经被用到气相外延生长中，它们分别是：氯烷
（SiCl4--silicon tetrachloride），二氯硅烷（SiH2Cl2--dichlorosiliance ），三氯硅烷（SiHCl3--trichlorosiliance），和硅烷（SiH4--siliance）。其中硅烷的研究最深入并且在工业中应用最广。其典型的反应温度一般在1200℃。其它的硅源也被使用是他们反应温度较低。在硅烷中的每一个Cl原子被H原子取代时允许反应温度下降约50℃。上述硅烷完全反应后可生长出一层Si，反应方程式如下：
SiC14(gas) + 2H2(gas) Si(solid) + 4HCl(gas) (3-4)
反应3-4进行的同时会伴随如下副反应：
SiCl4(gas) + Si(solid) 2SiCl2(solid) (3- 5)
因此，如果硅烷的浓度过高，将发生刻蚀而非硅层的生长。反应过程中气体里所含氯烷的的浓度对反应的影响被表现出来了，这里摩尔分数定义为一种给定品种的分子数与所有分子数的比。注意到（硅）最初的生长速度是与氯烷浓度的增加成正比的。随着氯烷浓度的增长，（硅的）最大生长速度就达到了。除此之
外，（硅的）生长速度开始减小，甚至将发生硅的蚀刻。（因此）通常让硅在低浓度区生长。
反应方程式3-4是可逆的，这就是说，它可以向反方向发生。如果进入反应容器的运输气体里包含了氢氟酸（HCl--hydrochloric acid）,搬运和刻蚀将会发生。事实上，这一刻蚀反应被用于在外延生长之前在原位置上对硅圆片的清洗。
参杂物是在氯烷在外延生长的同时引入的。气态的乙硼烷（B2H6--diborane）被用作p型参杂物，而三氢化磷（PH3--phosphine）和砷化三氢（AsH3--arsine）被用作n型参杂物。混合气体通常是和氢气一起被用作释放液来实现流速的合理控制以便达到期望的参杂浓度。对砷化三氢（AsH3）的参杂过程在一个图表中被阐明，该图表说明砷化三氢（AsH3）的表面吸附，分解，以及进入生长层的合并。为了让这些被吸附的原子具有足够的流动性以便于他们在晶体内找到合适的位置，外延生长需要想读较高的温度。
由于砷化镓（GaAs--gallium arsenide）在气态时分解为镓和砷时，其直接的气相的运输是不可能的。一种可行的途径是将黄砷（As4）作为砷原料同时把氯化镓（GaAl3—gallium chloride）作为镓原料。外延生长砷化镓（GaAs）所涉及的总反应式是：
As4 +4GaCl3 +6H2 4GaAs+12HCl （3-6）
黄砷（As4）是由砷化三氢(AsH3)热分解生成的：
4AsH3 As4+6H2（3-6a）
而氯化镓（GaAl3）是由如下反应生成的：
6HCl + 2Ga GaCl3 + 3H2（3-6b）
反应物是和运载气体（例如H2）一起被引入反应装置中的。砷化镓（GaAs）晶片能被典型地保持的温度范围是650到850℃。砷（As）必须有足够的过大压力才能防止衬底和生长层的热分解。
另一种途径是金属有机物化学气相淀积（MOCVD--metalorganic
chemical-vapor deposition ），这种途径就是用例如三甲基镓（Ga（CH3）3 —trimethylgallium）等金属有机化合物。我们可以用三甲基镓（Ga（CH3）3）来制造镓（Ga）元件。两种化学药品能够蒸发成气体状态从而进入反应装置。总的反应式是：
As4+ Ga（CH3）3 GaAs+CH4 （3-7）
在外延生长的过程中砷化镓（GaAs）的参杂是由引进气体状态的参杂剂完成的。硫的氢化物和硒（selenium）或者四甲基锡(tetramethyltin)被用到n型的参杂；二乙基锌（diethylzinc）或二乙基镉（diethylcadmium）被用到p型的参杂；同时铬酰氯（chromyl chloride）被用来把铬参杂在砷化镓（GaAs）里面来形成半绝缘体层。伴随硅外延生长的同时，一种在原位上的蚀刻会在外延生长进行之前完成以除去任何可能的污染物。
