CN113380603A - 高硼组分二维iii族多元氮化物混合晶体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体及其制备方法。该方法为低压化学气相沉积方法，设置级联式递进三温区结构，并于中段梯度温区进行加速混晶分子的气相预替位，实现高效可控二维混晶。本发明制备的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体表面平整性好，用于器件结构中的层间匹配度高，混合晶体中的硼组分高；可作为优良衬底用于制备高质量InAlGaN等多元氮化物半导体，制备性能优良的中子探测器、深紫外LED、深紫外探测器；可广泛应用于紫外固化光源、紫外光通信、紫外空气净化、紫外医疗、紫外水净化、紫外光解油烟等领域。

Description

高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体及其制备方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及二维半导体混晶材料的制备。
背景技术
二维材料(2D)的蓬勃发展为下一代量子电学元器件的发展铺平了道路。六方氮化硼(h-BN)作为2D材料族的主要成员之一，h-BN具有与石墨烯类似的蜂窝结构，由平面内的sp2杂化键和平面外的范德华力相互作用组成，是与石墨烯同构的材料。由于其独特的物理性质，如低介电常数、高化学稳定性和热稳定性、高机械强度、以及高导热率和接近零极化，六方BN引起了大家的广泛关注。最重要的是，它具有约6eV的光学带隙，这使其成为2D材料中最重要的带隙半导体，因此有望应用于深紫外(DUV)发光二极管(LED)，DUV光电探测器，中子探测器等器件中。
由B及其他III族元素一起构成的多元氮化物半导体，可结合BN及其他III族元素氮化物的优良性质，并产生一些额外的优良性能。在材料的制备过程中，可以通过调节元素比例实现对带隙的调节，对响应波段进行调控，实现不同波段器件的研制。目前，大部分III族多元氮化物半导体都是体材料。
其中，由B、Ga、N三种元素构成的三元化合物即为BGaN混合晶体，其基本性质与BN及GaN相关联，属于宽禁带半导体，其带隙宽度可在3.4～5.5eV之间进行调节，发光波长在紫外波段，波长可调节范围在225～365nm。目前，对BGaN混合晶体的研究较少，国际上有关BGaN混合晶体的研究大都采用MOCVD在生长GaN体材料的工艺中额外添加B源的方法，Ga组分高，硼组分大多低于3％，最高硼组分至今只能达到7％；同时，相关研究都集中在体材料上，尚未有有关二维BGaN材料的相关研究报道；由于Ga原子与B原子半径相差较大，使得GaN和BN之间的晶体结构相差较大，MOCVD生长出来的GaN为纤锌矿结构，而纤锌矿结构的BN为一种亚稳态物质，所以用MOCVD法生长出来的BGaN中的BN是依附于纤锌矿结构GaN构成的一种纤锌矿结构，整体的BGaN混合晶体也为纤锌矿结构。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在针对目前对二维BGaN等二维III族多元氮化物混合晶体领域相关研究的空白，提出了高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体及其制备方法。此方法通过简单的化学气相沉积法，生长出二维III族多元氮化物混合晶体，如二维的BGaN混合晶体，使混合晶体仅有原子级尺度的厚度，顺应了材料和器件尺寸趋向超薄、超小、超轻发展的研究方向与技术方向，对二维半导体晶圆的研究与发展具有十分重大的意义。
为实现以上目的，本发明在二维III族多元氮化物混合晶体的研究中提出了新思路，提供了一种制备高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体的方法，使用化学气相沉积法，设置级联式递进三温区结构，包括启动端温区、中段梯度温区以及高温恒温温区；启动端温区放置BN前驱物，中段梯度温区放置含III族金属的混晶源，高温恒温温区用于形成混合晶体；所述启动端温区的温度不低于BN前驱物的分解温度，所述中段梯度温区的温度不低于含III族金属的混晶源的分解温度，所述高温恒温温区的温度为1000～1100℃；这样，在生长二维BN薄膜时，BN前驱物受热分解出的物质与含III族金属的混晶源受热分解出的物质在中段梯度温区发生加速的气相预替位，部分形成III族金属-N分子，从而在高温恒温区的衬底表面形成高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体薄膜。
本发明所述的“高硼组分”指的是，在制得的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体中，B组分含量高于III族金属组分含量。
本发明获得的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体(如高硼组分二维BGaN混合晶体)薄膜材料，层数为单层或少层(例如2～10层)，晶格结构为蜂窝状六方晶型结构。
在一个具体的实施例中，本发明的方法包括以下步骤：
1)使用低压化学气相沉积法，在石英管式炉等装置中设置好级联式递进三温区结构，包括启动端温区、中段梯度温区以及高温恒温温区；
2)用石英舟在启动端温区放置BN前驱物(所述BN的前驱物为同时含B及N原子的无机或有机化合物)，中段梯度温区放置含III族金属的混晶源(所述混晶源为含III族金属源(如Ga、Al、In)的化合物)，高温恒温温区放置合适的反应衬底；所述衬底可为金属箔片或半导体晶圆，并同时可充当催化剂作用；
3)阶段开始前先将级联式递进三温区结构的腔内真空度降到低于10-4torr；
4)首先将高温恒温温区的温度调整为800～1000℃，在保护气的氛围下，对衬底进行退火处理20～60min；
4)退火完成后，对各温区进行温度设置，使气相沉积系统不同温区都能在指定时间达到指定温度，启动端温区需要在反应开始前达到BN前驱物的分解温度75～100℃，中段梯度温区需要在反应开始前达到Ga源的分解温度800～1050℃，高温恒温温区在上述高温退火处理后，再调整达到1000～1100℃的反应温度进行反应与沉积；
6)反应开始时，向所述级联式递进三温区结构中通入反应载气，BN前驱物受热分解出的物质以及含III族金属的混晶源受热分解出的物质在反应载气的作用下在中段梯度温区发生加速的气相预替位反应，部分形成III族金属-N分子，并被反应载气输送至高温恒温区，在衬底的催化作用下沉积形成高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体；
7)生长结束后，通入保护气，防止在降温过程中二维BGaN被刻蚀，自然冷却，待温度下降至室温后，取出长有高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体的衬底。
本发明中，所述级联式递进三温区结构是依据低压化学气相沉积法进行设置的。
本发明中，所述级联式递进三温区结构基于管式炉，炉体为石英管所制，且包括三个独立控温温区。三个温区之间塞有隔热材料，用于阻隔三个温区间的相互热影响。
本发明中，所述前驱物及衬底都可选用石英舟放入级联式递进三温区结构中，其中，BN前驱物放置于启动端温区，混晶源放置于中段梯度温区，衬底放置于高温恒温温区。
本发明中，BN前驱物为B、N混合的固态试剂，可选用硼烷氨(borazane)粉末、硼嗪(borazine)粉末等含B、N元素的物质中的一种或者两种或多种相关物质的混合。
本发明中，所述含III族金属的混晶源含有III族金属Ga、Al、In中的至少一种。
本发明中，所述高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体包括高硼组分二维BGaN混合晶体、高硼组分二维BAlN混合晶体、高硼组分二维BGaAlN混合晶体、高硼组分二维BInN混合晶体、高硼组分二维BGaInN混合晶体、高硼组分二维BInAlN混合晶体。
本发明的制备方法不仅可用于二维BGaN混合晶体的制备，还可用于BAlN、BGaAlN、BInN、BGaInN、BInAlN等其他二维三元或四元氮化物混合晶体的制备，当所述制备方法用于BAlN、BGaAlN、BInN、BGaInN、BInAlN等其他二维三元或四元氮化物混合晶体的制备时，混晶源可选择III族金属源(如Ga、Al、In)的化合物中的一种或多种。
本发明中，当III族金属为Ga时，Ga源可选用GaN、GaCl3、Ga2O3等含Ga无机化合物或有机化合物或金属Ga，或者它们中的两种或多种相关物质的混合。
本发明中，衬底可选用金属箔片或其他半导体晶圆，金属箔片衬底可选用铜箔、铂箔、镍箔金属衬底，或其中两种或多种金属所制成的混合晶体衬底，半导体晶圆可选用Si、SiO2、GaAs、蓝宝石、GaN衬底或其他多元氮化物半导体衬底，衬底在反应过程中催化二维BGaN材料形成并加速其沉积过程。
本发明中，通入的保护气以及反应载气可选用Ar、H2中的一种，或二种气体的混合。气体总体积流量为5～50sccm，可使用气体质量流量计等对流量大小进行精确控制。
本发明中，可选用机械泵及分子泵控制级联式递进三温区结构的真空度在10- 4torr以下，可将炉中空气及其他污染物抽除，避免发生氧化等现象；同时，低压环境也有利于较少层数及单层二维材料的生长。
本发明中，退火有利于衬底晶界的重构，提高衬底表面平整度，进而进一步影响生成的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体的晶体质量；同时，退火时通入的保护气还可以在高温环境中将铜表面一部分杂质带走，有利于高质量高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体的形成。
本发明同时提供了一种根据上述方法所制备的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体，所述高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体中，B组分含量高于III族金属组分含量。所述高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体，层数为单层或少层，晶格结构为蜂窝状六方结构。
本发明基于低压化学气相沉积方法，设置级联式递进三温区结构，并于中段梯度温区进行加速混晶分子的气相预替位，二维III族多元氮化物混合晶体薄膜最终在衬底上获得稳定可控生长，实现高效可控二维混晶。具体反应过程及机理：BN前驱物于低温的启动端温区发生升华启动反应，由反应载气(如氢、氩气)携带经过中段梯度温区，此时含III族金属的混晶源分解出的III族金属原子在中段梯度温区由于低形成能优势，进行加速的气相预替位反应，部分形成III族金属-N分子，从而在高温恒温区衬底表面形成高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体薄膜。
本发明的关键是：
1)本发明使用低压化学气相沉积方法(LPCVD)设置了级联式递进三温区结构作为制备装置，以利于二维材料的形成，而非原有生长BGaN混合晶体等III族多元氮化物的MOCVD。
2)本发明制造出的BGaN混合晶体等III族多元氮化物是单层或少层的二维材料，而非原有的体材料。
3)本发明制造出的BGaN混合晶体等III族多元氮化物为蜂窝状六方晶型而非原有的纤锌矿结构。
4)本发明的技术核心是在二维BN生长过程中在中段梯度温区放置金属源，发生加速的气相预替位反应，部分形成III族金属-N分子，而非原有的在GaN等其他III族氮化物体材料生长过程中使得B原子对Ga等其他III族原子进行替位；也正因此，所获得的材料为高B组分混合晶体。
5)本发明所获得的BGaN混合晶体等III族多元氮化物晶体质量高，表面平整度好，制作器件时层间吻合度好，与原有的BGaN混合晶体等III族多元氮化物块体材料生长工艺中获得的表面粗糙、平整度差的情形形成鲜明对比。
本发明所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例。
本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。
本发明所述“大约”、“约”或“左右”等指的是所述范围或数值的±20％范围内。
本发明中，所述“室温”即常规环境温度，可以为10～30℃。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明制备的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体表面平整性好，用于器件结构中的层间匹配度高，混合晶体中的硼组分高；可作为优良衬底用于制备高质量InAlGaN等多元氮化物半导体，制备性能优良的中子探测器、深紫外LED、深紫外探测器等；可广泛应用于紫外固化光源、紫外光通信、紫外空气净化、紫外医疗、紫外水净化、紫外光解油烟等领域。
本发明提供了一种将含B的III族多元氮化物半导体二维化的可行性方案，使器件往轻、薄、小、可高度集成方向发展。本发明提升了我国第三代半导体关键材料水平，对推动电子材料产业转型升级，培育新的经济增长点具有重要意义。
附图说明
图1所示为本发明实施例的级联式递进三温区结构装置示意图。
图2所示为本发明实施例的二维BGaN混合晶体形成过程示意图。
图3所示为本发明实施例的转移二维BGaN薄膜的流程示意图。
图4所示为本发明实施例的二维BGaN混合晶体表面SEM图。
图5所示为本发明实施例的二维BN与二维BGaN混合晶体紫外透过率光谱图。
图6所示为本发明实施例的二维BN与二维BGaN混合晶体Raman光谱图。
图7所示为本发明实施例的二维BGaN混合晶体XPS图。
具体实施方式
本实施例步骤如下，结合附图对本发明进一步说明。
1、建立级联式递进三温区结构(图1)。
1)该系统由三个可控温独立温区(图1中的三个反应区各自位于一个温区)、气体管路和泵组成。每个温区长约30cm，每个温区的中心10cm为恒温区，恒温区长度约为10cm，温区之间以陶瓷纤维隔热材料填充，阻隔相邻温区间的相互热影响，每个温区都由独立控温模块控制。
2)反应腔体为管式炉，炉体为石英材质，内径5英寸，外径6cm，三个可控温独立温区设在管式炉的石英管中，石英管长度长于三个温区总长，使用法兰将炉体与气路连接起来。石英管腔体可用于提供整体真空环境和反应时的整体腔体气体环境。前驱物的分解及二维BGaN材料的生成沉积过程都在石英管中进行。
3)前驱物及衬底使用石英舟盛放后放入石英管中，有大小两个尺寸的石英舟，大石英舟为直径8cm，长度10cm的空心半圆柱，小石英舟为直径8mm，长度4cm的空心半圆柱。
4)该系统连接有气路，气路上连接有气体质量流量控制器，可对气体质量流量进行精确控制，使用多种气体时，可将不同气体按一定比例进行精确混气。
5)石英管末端用法兰与真空泵连接起来，真空泵包括机械泵与分子泵两级装置，密封好后可将腔体抽至所需真空度，确保反应不受大气污染，在维持稳定真空度的同时可将反应中产生的废气及副产物带出腔体。
2、高硼组分二维BGaN混合晶体的合成。
1)使用酒精及去离子水将要使用的石英管式炉、石英舟、药匙等物品擦拭干净备用。
2)选用铜箔作为衬底，裁取9cm×9cm的铜箔，用滚轮将其压平整后，放入一只大石英舟中备用。
3)称取前驱物。
①选取硼烷氨(borazane)作为BN前驱物，使用称量纸在电子秤上称取5mg硼烷氨粉末，并将粉末放置于一只小石英舟中，使用药匙调整粉末在小石英舟中的分布情况，使其尽可能集中分布在一个点上。
②选取GaN作为Ga源，使用称量纸在电子秤上称取10mg氮化镓粉末，并将粉末放置于一只小石英舟中，使用药匙调整粉末在小石英舟中的分布情况，使其尽可能集中分布在一个位点上。
4)使用长铁杆，将盛有GaN的小石英舟推送至中段梯度温区的中心位置，之后将盛有硼烷氨的小石英舟推送至启动端温区的中心位置，再将盛放有铜箔的大石英舟放置高温恒温温区的中心位置。
5)将石英管前端与末端用法兰分别与气路及泵连接起来，并使用扳手等工具将法兰锁死，避免漏气。固定好后利用机械泵及分子泵将管式炉内气压抽至10-4torr以下，保证空气中的水蒸气、氧气等污染物被清除。
6)设计级联式递进三温区结构装置的升温程序，并将其输入级联式递进三温区结构装置的温控面板中。
7)当高温恒温温区温度升至800～1000℃时，通入一定比例的氢气和氩气混合气体(20sccm Ar与10sccm H2)，对衬底进行高温退火处理20～60min，以去除衬底表面氧化层和其他吸附污染物，使铜箔晶面发生重构，使铜箔表面平整化，以利于高质量高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜的形成。
8)退火完成后，启动端温区、中段梯度温区及高温恒温温区各自中心的恒温区温度同步达到材料生长时所需的温度，即，启动端温区达到硼烷氨的分解温度75～100℃，中段梯度温区达到GaN的分解温度800～1050℃，高温恒温温区达到形成二维BGaN混合晶体并沉积所需的1000～1100℃。在生长阶段开始时，将气体切换成生长载气(10sccm Ar与3sccmH2)。反应载气携带着硼烷氨脱氢反应分解出的硼嗪、氢气等物质，以及GaN粉末中挥发出的Ga-N分子至高温恒温温区，在铜箔的催化下发生气体预替位反应，形成二维BGaN混合晶体薄膜，并沉积在铜箔表面上(图2)。
9)反应结束后，加热程序终止，向石英管中通入保护气体(20sccm Ar和5sccmH2)，在降温过程中对二维BGaN薄膜进行保护，避免发生刻蚀，等冷却至室温后，关闭气路阀，关闭气体质量流量计，关闭机械泵与分子泵，打开法兰，破真空后取出样品，获得沉积在铜箔上的高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜。
3、高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜的转移(图3)。
使用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为媒介及保护层进行转移。在覆盖有高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜(以下简称“二维BGaN薄膜”)的铜片表面上使用旋涂仪涂上一层PMMA，以用来保护二维BGaN薄膜，以保持其完整性。配置过硫酸铵((NH4)2H2O8)溶液，使用过硫酸铵溶液对铜进行腐蚀，去除铜衬底，得到一层漂浮在溶液上的底部附着完整二维BGaN薄膜的PMMA膜，使用小玻璃板将PMMA膜从过硫酸铵溶液中捞取出来，使用去离子水进行多次漂洗，漂洗干净后，使用目标衬底将PMMA膜完整打捞起来，使其平整铺于新衬底上。之后，使用加热台加热固化，使底部附着有二维BGaN薄膜BGaN薄膜的PMMA薄膜底部与目标基底充分接触。最后，将样品泡置于丙酮溶液中，去除PMMA层，就完成了二维BGaN薄膜的转移。
4、对高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜进行测试分析。
1)扫描电子显微镜(SEM)分析(图4)：
生长完毕后，沉积在铜箔上的高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜，不需要转移就可以通过SEM首先对形貌进行观测，确定其生长质量以及薄膜是否长满。图4(a)为BN的SEM图，可从里面看出，BN薄膜已经长满，但由于铜箔的热膨胀系数与BN薄膜的热膨胀系数不同，BN薄膜上产生许多如箭头所示的褶皱，表面第二层形成的小成核点大部分都为等边三角形。如图4(b)所示BGaN的SEM图，可发现，基本没有褶皱，表面平整度大大提升，表面第二层的小成核点不再都是等边三角形，出现一些其他多边形，三角形也许多不是等边三角形。褶皱及第二层成核点的变化，可作为BGaN混合晶体成功制成的初步判据。
2)紫外-可见光分光光度法测试透过率分析(图5)：
紫外-可见光分光光度法是利用物质对光的吸收程度随光的波长不同而变化的性质，在190～800nm波段测试物体的透过率或吸光度用来鉴别、检查杂质、定量测试物质的一种方法。在测试前，因为铜衬底不透光，需要将生长好的高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜转移到双抛蓝宝石上。经测试可知，新制成的二维材料在250nm波段有较强透过率下降(图5(b))，与BN的202nm波段(图5(a))，以及GaN的360nm波段有着明显差异。这可作为新型材料高硼组分二维BGaN混合晶体被制成的重要指征。
3)拉曼光谱分析(图6)：
在测试前，因为铜衬底在拉曼测试中产生的巨大包络会影响测试结果，所以需要先将合成的二维BGaN薄膜材料转移到二氧化硅衬底上，才可进行拉曼测试。二维BN材料的拉曼峰位为1371cm-1，而在拉曼测试中，可明显看出，新合成的二维BGaN薄膜材料的拉曼峰位在1352.77cm-1，发生了非常剧烈的偏移，与纯氮化硼的拉曼峰相比已经产生了明显差异。同时，纯氮化硼的拉曼峰(图6(a))对称性较好，半高宽度较小；高硼组分二维BGaN混合晶体的拉曼峰(图6(b))对称性较差，半高宽度较大。这可认为是由于化学气相沉积方法进行生长混合晶体时，Ga原子在BGaN混合晶体内的分布存在很大的随机性造成的。拉曼测试的结果是对BGaN成功合成的重要佐证。
4)XPS测试(图7)：
测试前，将待测试的高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜转移到硅片上。XPS测试可用来测试薄膜的元素成分及占比。碳峰校正后，在XPS测试中得出B1s的峰位在190.1eV(图7(a))，Ga3d的峰位在20.0eV(图7(b))，N1s的峰位在397.7eV(图7(c))。可知，所得新型二维BGaN薄膜材料为同时具有B、Ga、N三种元素，为二维BGaN混合晶体。纯BN的B1s的峰位在190.8eV，N1s的峰位在398.4eV，二维BGaN混合晶体中测得的B1s与N1s峰位都向低能量方向发生了明显偏移，说明材料的基本结构发生了变化，借以证明Ga对部分B成功发生了替位。GaN中Ga3d峰位为18.8eV，二维BGaN混合晶体中测到的Ga3d峰位与之相较向高能量方向发生了偏移。同时，在N1s峰中还存在一个峰位为400.0eV的小峰，397.7eV的峰位为B-N键产生的峰位，400.0eV的峰位为Ga-N键产生的峰位。通过XPS测试可知B:Ga的比例为1.56，Ga对B替位的比例可高达39.02％。因此，可知，二维BGaN混合晶体已被成功制得。当然，用同样的办法，B组分更高的BGaN混合晶体更易制得。
至此，本实施例成功获得了高硼组分二维BGaN混合晶体薄膜，并可通过调整生长气流、分解温度、源的量等条件的调节B组分。二维BGaN混合晶体的成功制成在紫外光电器件领域有着至关重要的意义。二维BGaN混合晶体薄膜可作为优良衬底用于制备高质量InAlGaN等多元氮化物半导体，制备性能优良的中子探测器，深紫外LED，深紫外探测器。
本发明采用低压化学气相沉积方法，提出级联式递进三温区结构，通过在启动端温区放置含有B、N的无机或有机化合物作为BN前驱物，中段梯度温区放置III族金属源(如Ga)的化合物作为混晶源，形成Ga-N分子，进行气相预替位反应，制备二维BGaN混合晶体。可通过独立温区分别控制其加热温度，使用气体质量流量计进行气体流量精确控制，使得BN前驱物以及混晶源可以顺利分解并传送到反应区，在铜箔上催化并沉积形成二维BGaN混合晶体薄膜。同时，因为该制作方法是在二维BN生长促使Ga-N分子气相预替位反应发生，所以较易制得高B组分的二维BGaN薄膜。该方法制作简单，生产成本低，Ga对B替位率高，并可生产不同B组分的高B组分BGaN混合晶体，无需化学处理，在开发新型高质量紫外探测器件上有着非常重要的应用。
本实施例的方法同样适用于含III族金属(如Ga、Al、In)的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体的制备。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种制备高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体的方法，其特征在于：使用化学气相沉积法，设置级联式递进三温区结构，包括启动端温区、中段梯度温区以及高温恒温温区；所述启动端温区放置BN前驱物，所述中段梯度温区放置含III族金属的混晶源，所述高温恒温温区用于形成所述混合晶体；所述启动端温区的温度不低于BN前驱物的分解温度，所述中段梯度温区的温度不低于含III族金属的混晶源的分解温度，所述高温恒温温区的温度为1000～1100℃；在生长二维BN时，BN前驱物受热分解出的物质与含III族金属的混晶源受热分解出的物质在中段梯度温区进行加速的气相预替位，部分形成III族金属-N分子，从而在高温恒温温区形成高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括：
1)使用化学气相沉积法，设置所述级联式递进三温区结构，包括所述启动端温区、所述中段梯度温区以及所述高温恒温温区；
2)在所述级联式递进三温区结构的启动端温区放置BN前驱物；在所述级联式递进三温区结构的中段梯度温区放置含III族金属的混晶源；在所述级联式递进三温区结构的高温恒温温区放置衬底；
3)将所述级联式递进三温区结构内的真空度调至10-4torr以下；
4)将高温恒温温区的温度调整为800～1000℃，在保护气的氛围下，对衬底进行退火处理20～60min；
5)所述退火完成后，将所述启动端温区的温度调整为75～100℃，将所述中段梯度温区的温度调整为800～1050℃，将所述高温恒温温区的温度调整为1000～1100℃；
6)往所述级联式递进三温区结构中通入反应载气，反应载气携带BN前驱物分解出的物质与含III族金属的混晶源分解出的物质在中段梯度温区发生气相预替位反应，部分形成III族金属-N分子，通过反应载气输送至高温恒温区，并在衬底的催化作用下发生沉积；
7)所述反应结束后，在保护气的氛围下冷却至室温，得到高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述BN前驱物包括borazane、borazine中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述含III族金属的混晶源含有III族金属Ga、Al、In中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体包括高硼组分二维BGaN混合晶体、高硼组分二维BAlN混合晶体、高硼组分二维BGaAlN混合晶体、高硼组分二维BInN混合晶体、高硼组分二维BGaInN混合晶体、或高硼组分二维BInAlN混合晶体。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述III族金属为Ga时，Ga源包括含Ga无机化合物、金属Ga或含Ga有机化合物中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述衬底采用金属箔片或半导体晶圆，所述金属箔片衬底为铜箔、铂箔、镍箔或由铜、铂、镍中的至少一种金属所制成的混合晶体衬底，所述半导体晶圆衬底为Si、SiO2、GaAs、蓝宝石、GaN或多元氮化物半导体衬底。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述反应载气包括Ar、H2中的至少一种，所述保护气包括Ar、H2中的至少一种；气体总体积流量为5～50sccm。
9.一种根据权利要求1至8中任一项所述的方法所制备的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体，其特征在于：所述高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体中，B组分含量高于III族金属组分含量。
10.根据权利要求9所述的高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体，其特征在于：所述高硼组分二维III族多元氮化物混合晶体，层数为单层或少层，晶格结构为蜂窝状六方结构。
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