固相外延，是指半导体单晶上的非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的过程。
用于此类固相外延过程的构造，一般是由半导体衬底和沉积在它上面的金属薄层(-1000～5000埃)组成，例如，沉积在单晶Ge衬底上的薄Al层(-1000埃)。如果薄膜的沉积是在加温衬底上进行，但温度低于所有共晶体溶化温度时，就将发生半导体溶化在金属中的过程，直到达到其溶解度极限为止。然后慢慢地冷却沉积结构，以促进被溶解原子在衬底上的析出和生长。这样形成的外延层将把一些金属原子溶入到再生长层中。通过适当地选用金属层，再生长的半导体层将被合适的掺杂物所掺杂，例如在Al-晶态Ge情况时，其外延生长层就成为Al原子掺杂的p-型层。
这类SPE过程更普遍的构成，是在金属层的上面再沉积一层非晶态结构半导体，因而这时的沉积结构是半导体(非晶态)-金属-半导体(晶态)，例如Ge(非晶)-Al-Ge(晶态)系统。这个构造在进行退火工艺流程时，其非晶态半导体由于它的自由能较高，而趋向于溶解和穿过金属层扩散，并在衬底上以外延生长方式结晶化。应用这种结构的优点是外延层的厚度，实质上只取决于沉积的非晶态半导体层的厚度。
诸如Ge和Si这样的半导体的表面上，通常都有自然氧化的氧化物薄层。这些氧化物层的存在，妨碍了半导体和金属层之间均匀的相互作用。其结果是生长层可能具有孤岛结构，而不是遍布衬底表面的、均匀而连续的外延层。为了促使界面上半导体和金属之间进行均匀的相互作用，常常利用那些在低温时很容易和半导体起反应，而不受自然形成的氧化物层影响的金属作为传输媒介质，例如Si(非晶)-Pd-Si(晶态)系统中的Pd。在此情况时，在退火工艺的起始低温阶段中，金属和半导体之间首先形成化合物，以达到“清洁”表面的条件。然后在继续进行的退火过程中，化合物层起着传输媒介质的作用。对于这类SPE样品来说，显然，包含着比较复杂的传输机理。
固相外延工艺的主要优点之一是生长温度较低(≈500℃)。由于这个低温的优点，才使得固相外延在半导体和太阳能电池等技术领域中具有吸引力和潜在的实用性。这些低温工艺可以排除通常伴随高温工艺而生的问题，例如自动掺杂现象，以及掺杂分布剖面的改变。而且固相外延生长和光刻技术是完全相容的。在传输之后，局限在外延层表面上的金属(或化合物)，一般和外延层形成良好的欧姆接触。
固相外延工艺是一种直接法外延技术，它的特点是
①生长温度低(500℃左右)；
②与光刻技术完全相容；
③在外延层表面上，金属与外延层具有良好的欧姆接触；
④可以实现形状和面积一定的外延层；
⑤外延层很薄，厚度可控制。固相外延分两类：一类需要介质，如一层金属或化合物的介入，一类不需要介质的介入，如将离子注入造成的非晶半导体层有序化，再结晶。
需要介质介入的固相外延生长实质上是固体从固溶体中沉积出来的过程。这种过程通常只发生在介质和半导体的界面上。这类外延有两种：
①在半导体衬底上， 先淀积上一层金属薄膜(约几千埃)，再加热到一定的温度(低于衬底片半导体和淀积金属的合金温度)，这时半导体将向金属中溶解，到达溶解极限后，开始缓慢降温，于是溶解的原子重新在衬底片上沉积和生长，形成外延层。这样形成的外延层将含有一定量淀积金属的原子，适当选择淀积金属层，可以得到具有一定掺杂的外延层。
②在上述金属薄膜上，再淀积一层非晶硅，使具有非晶硅-金属-硅结构。将这种合成结构进行退火处理，当加热到一定的温度时，非晶硅因具有较高的自由能，开始向金属中溶解， 并通过金属向衬底扩散。当硅原子扩散到达衬底表面时，就在衬底表面上结晶生长，形成外延层。这里，金属层的作用既是溶剂又是输运介质。采用这种结构的特点是：外延层的厚度基本上由淀积的非晶硅层决定。
温馨提示：
