MBE（Molecular Beam Epitaxy：分子束磊晶）是在超高真空的容器中，將鎵、砷等原料加熱成原子或分子流（分子束）噴向基板，配合基板晶體的排列，逐一原子層成長薄單晶膜的方法。用於化合物半導體的研究，以及必須在原子層級控制厚度一致的元件製造。
原料放入以電加熱坩堝的蒸發源（努森室，Knudsen cell）中，開關出口的擋板以送出或停止分子束。壓力維持在約 10 的負 8 次方 Pa 以下的超高真空，飛出的原子不會撞上其他氣體分子，直接抵達基板。成長速度約每小時 1μm，相當緩慢，藉由擋板的開關能以 1 個原子層的精度切換層與層的交界。另一項特點是成長中可用 RHEED（以電子束照射表面觀察繞射圖樣）即時確認表面狀態與層數。
因此適合多層堆疊薄層的量子井與超晶格、HEMT 電子行進的介面、半導體雷射、量子點等，由介面陡峭度決定性能的元件。另一方面，維持超高真空相當費工，一次能成長的晶圓片數也少，因此 LED 或功率用 GaN 等大量生產，主要採用以氣體為原料的 MOCVD。
