分子束外延（MBE）是一種利用分子束流在晶體基片表面上生長單晶體或晶體薄膜的現代技術方法。這項技術在半導體工藝中近十幾年來發展起來，特別適用於生長多元化合物薄膜。
MBE技術在超高真空條件下進行，使用的襯底溫度低，膜層生長速率慢，束流強度易於精確控制，膜層組分和摻雜濃度可隨源的變化而迅速調整。這種技術可以製備薄到幾十個原子層的單晶薄膜，以及交替生長不同組分、不同摻雜的薄膜而形成的超薄層量子顯微結構材料。
MBE技術的優點包括殘餘氣體對膜的污染少，但缺點是生長時間較長，大批量生產性差，對真空條件要求高。此外，MBE技術還可以用於製備雙質結雷射器、三維介質集成光波導等，並且可以在同一系統中原位觀察單晶薄膜的生長過程，進行生長機制的研究。