在某些情況下，需要矽片有非常純的與襯底有相同晶體結構（單晶）的矽表面，還要保持對雜質類型和濃度的控制。這要通過在矽表面澱積一個外延層來達到。外延（epitaxial）是由兩個希臘詞組成的，epi意思是“在上面”，taxis意思是“排列”。
在矽外延中，矽基片作為籽晶在矽片上面生長一薄層矽。新的外延層會複製矽片的晶體結構。由於襯底矽片是單晶，外延層也是單晶。而且，外延層可以是n型也可以是p型，這並不依賴於原始矽片的摻雜類型。例如，在p型矽片上外延一層電學活性雜質濃度比襯底還要低的P型矽是可以的。如下圖1所示 ：
外延層圖1：矽外延層結構
矽外延發展的起因是為了提高雙極器件和積體電路的性能。外延可以在重摻雜的襯底上生長一層輕摻雜的外延層。這在最佳化pn結的擊穿電壓的同時降低了集電極電阻，在適中的電流強度下提高了器件的速度。外延在CMOS積體電路中變得重要起來，因為隨著器件尺寸不斷縮小，它將閂鎖效應降到最低。外延層通常是沒有玷污的（比如沒有氧顆粒，它不是真正的CZ法生長的矽） 。
外延層的厚度可以不同，用於高速數字電路的典型厚度是0.5到5微米，用於矽功率器件的典型厚度是50到100微米。
