Este es un método de crecimiento de cristales en el que los átomos se depositan sobre un sustrato de tal modo que forman un mono cristal continuo. La estructura cristalina es determinada por el sustrato, pero la concentración de impureza se controla de forma independiente e incluso es posible cambiarla de un tipo a otro en la capa. El método epitaxial planar se emplea de manera casi universal a principios de la década de 1960 y aún sigue siendo común entre una amplia variedad de familias, tanto bipolares como MOS.

El crecimiento epitaxial se realiza en un recipiente denominado reactor. Las tablas de silicio se colocan sobre un bloque gráfico, denominado susceptor, que se calienta hasta unos 1200º C. Las obleas se graban inicialmente con vapor de agua o cloruro de hidrogeno anhidro a fin de eliminar todo el material dañado. Es posible utilizar varias reacciones químicas para formar la fuente de átomos de silicio libre; la reducción del hidrógeno del tetacloruro de silicio es el método más común. Es necesario controlar con cuidado las condiciones del crecimiento.

En una operación típica, las obleas se colocan en el reactor y se aplica un chorro de nitrógeno al Sistema. Después se hace pasar un flujo de hidrogeno con gastos de 30 l/min. La temperatura se ajusta a 1200ºC y las obleas se graban durante varios minutos HCl en una proporción de 1:100. El depósito empieza con la introducción de SiCl4 en una proporción de 1:800, con una pequeña cantidad de fosfamina (PH3 ), diborano (B2H6 ) o de un compuesto arsénico a fin de determinar la concentración de impureza. La película se deja crecer durante algunos minutos, típicamente hasta grosores de 1 a 10 m m.

La epitaxia en fase de vapor también se emplea para desarrollar capas de silicio sobre sustratos de zafiro y la epitaxia en fase líquida suele emplearse en la tecnología del arseniuro de galio.