本说明书的技术方案涉及用于通过助熔剂法生产第III族氮化物半导体单晶的方法。
背景技术：
：通过气相生长法，例如金属-有机化学气相沉积(MOCVD)和氢化物气相外延(HVPE)；分子束外延(MBE)；和液相外延生产半导体晶体。一种液相外延技术是使用Na助熔剂的助熔剂法。在助熔剂法的一般工序中，在蓝宝石基底等基底上形成氮化镓(GaN)层，由此形成籽晶基底，并且半导体单晶是在熔体中生长在籽晶基底上。将籽晶基底、半导体单晶的原料和助熔剂放置于坩埚中，并且然后，生长半导体单晶同时控制反应室温度和压力。已经公开了通过搅拌熔体将氮气从气-液相界面转移至熔体的技术(参考例如日本专利申请特许公开(特开)第2010-168236号的第[0003]段、表1等)。当半导体单晶通过助熔剂法生长时，半导体单晶有时并不根据生长条件生长。甚至当半导体单晶可以生长时，也难以在籽晶基底的整个表面上获得均匀的半导体单晶。半导体单晶的再现性有时不稳定。也就是说，决不会容易地稳定生长半导体单晶。技术实现要素：本发明技术方案已经完成了对常规技术中所涉及的上述问题的解决。因此，本发明技术方案的一个目的是提供用于以高再现性生产第III族氮化物半导体单晶的方法。因此，在本发明技术方案的第一方面中，提供了用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法，所述方法包括向坩埚中添加籽晶基底、Ga和Na，以及生长第III族氮化物半导体单晶。在第III族氮化物半导体单晶在预定生长温度下的生长中，在坩埚温度调整至低于500℃的第一温度范围内的情况下，Ga与Na反应。在Ga与Na的反应之后，将坩埚的温度升高至第III族氮化物半导体单晶的生长温度。本发明技术方案的第二方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中Ga与Na的反应为Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。第一温度范围优选为80℃至400℃，并且进一步优选80℃至200℃。本发明的发明人发现在半导体生长之前实现Ga与Na在熔体中的反应，即Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态极大有助于在生长期间核的产生或回熔。在常规技术中，没有获得高质量晶体是因为在生长之前Ga-Na合金的细颗粒的生成量少。当所述温度维持在低于500℃的范围内或者升温速率在所述温度范围内降低时，促进了Ga与Na的合金化。之后，通过将所述温度升高至生长温度并且生长半导体来实现高质量晶体生长。大量的Ga-Na合金的细颗粒甚至在80℃至400℃的温度范围内产生。然而，当然大量细颗粒可以在80℃至200℃的温度范围内产生，使得可以生长出最高质量的半导体晶体。本发明的第三方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中通过用于探测在本发明技术方案的第一和第二方面中的Ga与Na的反应的测量装置探测Ga与Na的反应。在用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法中，Ga与Na充分反应。Ga-Na合金均匀地分散在熔体中。第III族氮化物半导体单晶均匀地形成在整个籽晶基底的表面上。半导体单晶还具有高的产率。当Ga与Na的反应不充分时，在第一温度范围内继续热处理直到确定充分的反应。为了促进Ga与Na的反应，可以进行如下操作：延长热处理的时间、搅拌、改变压力以及控制炉内气氛。本发明技术方案的第四方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中测量装置是在本发明技术方案的第三方面中通过向坩埚发射X射线探测坩埚内部的X射线观察装置。所述测量装置通过接收透过坩埚传送的X射线探测Ga与Na的反应。本发明技术方案的第五方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中测量装置具有测量坩埚内部温度并且以差热分析探测本发明技术方案的第三方面中的Ga与Na反应的温度测量单元。本发明技术方案的第六方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中在第III族氮化物半导体单晶的生长中，调整坩埚的温度以在本发明技术方案的第一至第五方面中在第一温度范围内保持至少30分钟。本发明技术方案的第七方面涉及用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法的一个具体实施方案，其中在本发明技术方案的第一至第五方面中所述坩埚的温度从室温升高至当Ga与Na的反应完成时的温度的升温速率低于所述反应之后所述坩埚的温度升高至生长温度的升温速率。本说明书中所公开的本发明技术方案提供了用于生产具有高度再现性的第III族氮化物半导体单晶的方法。附图说明当结合附图考虑时并参考优选实施方案的以下详细描述，本发明技术方案的各种其他目的、特征和许多附带的优点将更好地理解和更容易地认识到，其中：图1是实施方案1至3的第III族氮化物半导体单晶的示意图；图2是举例说明用于生产实施方案1的第III族氮化物半导体单晶的晶体生长设备的结构的示意图；图3示出用于形成籽晶基底的方法的示意图，所述籽晶基底用于生产实施方案1的第III族氮化物半导体单晶的方法；图4是示出在用于生产实施方案1和2的第III族氮化物半导体单晶的方法中所包括的半导体单晶的生长中坩埚的旋转方式的图；图5是示出在用于生产实施方案1和2的第III族氮化物半导体单晶的方法中的温度曲线的图；图6是示出当进行实验以生产第III族氮化物半导体单晶时温度曲线的图；图7是示出在所述实施方案中的用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法中坩埚中的Ga和Na的略图(第1部分)；图8是示出在所述实施方案中的用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法中坩埚中的Ga和Na的略图(第2部分)；图9是示出在所述实施方案中的用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法中坩埚中的Ga和Na的略图(第3部分)；图10是举例说明在用于生产实施方案2的第III族氮化物半导体单晶的方法中使用的晶体生长设备的结构的示意图；图11是举例说明实施方案3的垂直型半导体装置的结构的示意图；图12是举例说明实施方案3的横向型半导体装置的结构的示意图；并且图13是举例说明实施方案3的半导体发光装置的结构的示意图。具体实施方式将进一步参考附图说明本发明技术方案的具体实施方式。所述实施方案涉及用于基于助熔剂法生产第III族氮化物半导体单晶的方法，以及通过所述方法生产的半导体装置。所述实施方案中描述的这些要素仅出于举例说明的目的给出，而本发明技术方案并不限于所述实施方案。附图中示意性示出的的每层的厚度并不对应于其实际值。实施方案11.半导体单晶图1示出了实施方案1的晶体CR。如图1所示，晶体CR具有蓝宝石基底11、缓冲层12、GaN层13和单晶CR1。单晶CR1由第III族氮化物半导体形成。单晶CR1通过从晶体CR中移除蓝宝石基底11和其他层获得。2.晶体生长设备2-1.晶体生长设备的结构图2示出了生产实施方案1的晶体CR的晶体生长设备1000。晶体生长设备1000通过Na的助熔剂法用于在生长基底上生长第III族氮化物半导体单晶。如图2所示，晶体生长设备1000具有供气管1210、排气管1220、绝热体1230、反应室1240、压力容器1250、转盘1270、转轴1280、发动机1310、发动机控制单元1320、X射线辐照单元1400、X射线接收单元1500、温度测量单元1600、反应确定单元1700、加热器H以及加热器控制单元1800。如图2所示，在晶体生长设备1000中，可将坩埚1260放置在转盘1270上。坩埚1260可以与转盘1270同时旋转。旋转中心对应于转轴1280。坩埚1260的旋转速度可以通过调节发动机1310的旋转进行调节。在晶体生长设备1000中，除了旋转以外，坩埚1260还可以进行振动或摇摆，从而搅拌原料。压力容器1250适用于容纳反应室1240。压力容器1250由例如SUS的材料制成。不用说，也可以使用其他材料。反应室1240适用于容纳坩埚1260并向半导体单晶的生长提供条件。设置供气管1210用于将氮气(N2)供应至反应室1240中。设置排气管1220用于将氮气(N2)从反应室1240中排出。反应室1240的内部压力可以借助这两根管来调节。设置加热器H以加热压力容器1250的内部和反应室1240的内部。加热器H还可以控制反应室1240的内部温度。绝热体1230作为可以防止热从反应室1240的内部扩散到其外部的构件。可以供应除了氮气以外的任何气体，例如Ar，以控制炉内的压力或气氛。转盘1270作为其上设置坩埚1260的底座。因此，将转盘1270设置在反应室1240中。坩埚1260由氧化铝制成。或者坩埚1260可由透射X射线并具有耐热性的其他材料制成。转轴1280支持转盘1270并向转盘1270传输发动机1310的动力。转轴1280接收发动机1310的驱动力并且作为旋转中心。发动机1310作为用于旋转转轴1280的旋转驱动构件。发动机控制单元1320控制发动机1310的旋转。发动机控制单元1320控制发动机1310旋转的方向以及发动机1310的旋转速度，并且增加和减少发动机1310的旋转速度。换句话说，发动机控制单元1320根据下文所述的旋转模式控制坩埚1260的旋转。X射线辐照单元1400适用于产生X射线并在转盘1270上用X射线X1辐照坩埚1260。X射线接收单元1500适用于接收透过坩埚1260传送的X射线X2。X射线接收单元1500由透过坩埚1260传送的X射线形成X射线图像。温度测量单元1600适用于测量坩埚1260的内部温度。反应确定单元1700适用于基于通过X射线接收单元1500获得的X射线图像确定Ga与Na的反应状态。反应确定单元1700由通过温度测量单元1600测量的坩埚1260的温度进行差热分析。加热器控制单元1800适用于控制加热器H的加热水平。加热器控制单元1800根据由X射线接收单元1500观察的Ga与Na的反应状态控制加热器H的加热水平。加热器控制单元1800根据由温度测量单元1600测量的坩埚1260的温度控制加热器H的加热水平。晶体生长设备1000可以具有监测炉内气氛的装置。这个装置包括气体监测器，例如四极型质谱仪和氧浓度测量计。2-2.晶体生长设备的操作晶体生长设备1000监测坩埚1260中的状态以及在坩埚1260内生长单晶CR1。使用X射线辐照单元1400、X射线接收单元1500和温度测量单元1600进行监测。2-2-1.通过X射线的观察X射线辐照单元1400用X射线X1辐照含有原料的坩埚1260。X射线接收单元1500接收透过坩埚1260传送的X射线X2。X射线接收单元1500进行所透过的X射线X2的图像处理。X射线图像可以分别在显示器等上显示。因此，X射线接收单元1500可以输出瞬时连续变化的X射线图像。X射线接收单元1500可以监测坩埚1260中Ga与Na的反应状态。晶体生长设备1000或操作员确定了Ga与Na是否反应。操作员通过视觉检查X射线来确定Ga与Na反应。当所获得的X射线图像接近Ga与Na反应照片所示的图像时，晶体生长设备1000的反应确定单元1700确定Ga与Na反应，并且，当所获得的X射线图像不接近Ga与Na反应照片所示的图像时，确定Ga没有与Na反应。2-2-2.差热分析温度测量单元1600测量了坩埚1260的内部温度。晶体生长设备1000的反应确定单元1700获得了坩埚1260的测量温度值和基于加热器控制单元1800的设定值的参考温度值。参考温度值可以预先存储于存储器等中。反应确定单元1700由差热分析确定在坩埚1260中Ga与Na是否发生了反应。3.用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法3-1.形成籽晶基底然后，将对用于生产半导体单晶的方法进行描述。如图3所示，将描述模板10的制备。模板10是用于通过助熔剂法生长半导体单晶的籽晶基底。首先，提供蓝宝石基底11。通过MOCVD，在蓝宝石基底11的c-面上形成缓冲层12。缓冲层12由例如AlN的材料形成。缓冲层可由TiN或GaN形成。自支撑GaN晶体可被用作模板10。在缓冲层12上，形成GaN层13，由此制备模板10。缓冲层12和GaN层13作为籽层。然而，当使用GaN自支撑基底(晶圆)时，不需要形成缓冲层12。GaN层13(为该实施方案中的GaN层)也可以由AlGaN、InGaN或AlInGaN形成。在某些生长条件下，GaN层13在助熔剂中经历回熔。在这种情况下，GaN层13的一部分溶解在助熔剂中。3-2.生长半导体单晶然后，通过作为液相外延类型的助熔剂法在模板10上形成半导体单晶层。表1示出了用于生长半导体单晶的原料。碳比率可以在0mol％至2.0mol％的范围内变化。也就是说，助熔剂任选地可以或者可以不包含碳。表1中所示的值仅仅是示例，并且可以使用其他值。除了这些元素以外，可以添加掺杂元素。待生长的半导体单晶是第III族氮化物半导体单晶，如GaN。首先，模板10和表1所示的原料在控制露点和氧气浓度的手套箱中进行称重。随后，将模板10以及Ga和Na加入坩埚1260中。然后，将坩埚1260放置在反应室1240的转盘1270上。之后，对压力容器1250进行抽真空，并且然后提高容器中的压力和温度。当坩埚1260旋转时，生长出半导体单晶。在任何时候，可以使用任何搅拌方法。因此，半导体单晶可在没有搅拌的情况下生长。在生长期间可以对是否搅拌进行改变。表1原料原料量Ga1gNa1.4gC0mol％至2.0mol％(关于Na)表2示出了坩埚内用于生长半导体单晶的条件。半导体单晶的生长温度被调整为，例如，870℃，并且压力被调整为，例如，3MPa。生长时间为约20小时至200小时。表2温度约700℃至900℃压力3MPa至10MPa搅拌速度0rpm至100rpm生长时间20小时至200小时4.坩埚的旋转模式实施方案1中使用的坩埚1260的旋转模式示于图4中。如图4所示，坩埚1260的旋转模式包括正向旋转和反向旋转的交替重复。在本说明书中，坩埚1260的旋转速度在正向上以符号“+”表示，而在反向上以符号“-”表示。如图4所示，搅拌阶段包括加速阶段A1、恒速旋转(正向)阶段A2、减速阶段A3、加速阶段A4、恒速旋转(反向)阶段A5和减速阶段A6。在半导体单晶的生长中，连续地进行该循环。本文所使用的术语“加速”是指增加坩埚1260的旋转速度的绝对值，而术语“减速”是指减少坩埚1260的旋转速度的绝对值。在加速阶段A1中，坩埚1260的旋转速度ω增加到旋转速度ω1。在恒速正向旋转阶段A2中，坩埚1260以恒速ω1旋转。在减速阶段A3中，坩埚1260的旋转速度ω从旋转速度ω1减少。在加速阶段A4中，坩埚1260的旋转速度ω增加到旋转速度-ω1。在恒速反向旋转阶段A5中，坩埚1260以恒速-ω1旋转。在减速阶段A6中，坩埚1260的旋转速度ω从旋转速度-ω1减少。5.熔体的温度曲线图5是示出在实施方案1的坩埚1260中熔体的温度曲线的图。如图5所示，在实施方案1中，在第一阶段K1期间，将坩埚1260的内部温度调整为第一温度范围J1。第一阶段K1为20分钟至70分钟。优选地，第一阶段K1为30分钟至60分钟。第一温度范围J1为80℃至200℃。也就是说，坩埚1260的温度保持在第一温度范围J1内30分钟或更长。如下文所述，当坩埚1260的内部温度在第一温度范围J1内时，Ga与Na反应。假设Ga与Na彼此反应，从而形成Ga-Na合金的细颗粒。也就是说，反应的完成为Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。当Ga与Na均匀地混合同时Ga与Na反应时，均匀地生长出均匀的半导体晶体。因此，在第一阶段K1期间，将坩埚1260的温度调整在第一温度范围J1内。在Ga与Na的反应充分进行之后，加热器控制单元1800增加了加热器H的温度。将坩埚1260的温度升高至半导体单晶的生长温度。因此，在第一阶段K1期间在第一温度范围J1内Ga与Na反应，并且单晶CR1在700℃或更高的生长温度下生长。通过实验发现：Ga和Na在第一温度范围J1内的反应状态与随后在高温下GaN的生长之间存在密切的关系。当坩埚1260被加热超过了第一温度范围J1并且在第一温度范围J1内不充分反应时，GaN晶体可能不生长或者晶体可能反常生长。因此，为了生长具有良好再现性的GaN，优选在第一温度范围J1内Ga与Na发生充分反应之后，将坩埚1260加热至高温。6.Ga与Na反应的探测在半导体单晶的生长中，将Ga和Na放置在坩埚1260中，并且生长出第III族氮化物半导体单晶。测量装置用于探测当生长第III族氮化物半导体单晶时Ga与Na的反应。如下文中所述，在坩埚1260的温度调整在80℃至200℃的第一温度范围J1内下，Ga与Na反应。在测量装置探测Ga与Na的反应之后，将坩埚1260的温度升高至第III族氮化物半导体单晶的生长温度。第III族氮化物半导体单晶的生长温度为700℃至950℃。6-1.X射线观察装置所述测量装置是用于由通过坩埚1260发射X射线观察坩埚1260内部的X射线观察装置。如图2所示，所述测量装置具有X射线辐照单元1400、X射线接收单元1500和反应确定单元1700。X射线辐照单元1400用X射线X1辐照坩埚1260。透过坩埚1260的X射线X2通过X射线接收单元1500接收。反应确定单元1700通过接收X射线X2探测Ga与Na的反应。或者操作者由所获得的X射线图像确定Ga与Na反应。6-2.差热分析测量装置具有温度测量单元1600和反应确定单元1700。温度测量单元1600测量坩埚1260的内部温度。然后，反应确定单元1700使用由温度测量单元1600测得的温度值和预定的参考值进行差热分析。当所测量的温度值与参考值之差超过预定的阈值时，确定Ga与Na反应。当所测量的温度值与参考值之差进行时间积分，并且积分值超过预定积分参考值时，可以确定Ga与Na的反应完成。在Ga与Na的反应完成之后，优选将坩埚1260的温度升高至半导体单晶的生长温度。6-3.温度控制当生长第III族氮化物半导体单晶时，坩埚1260的温度优选在第一温度范围J1内保持至少30分钟，从而充分地进行Ga与Na的反应。6-4.其他为了探测Ga与Na的反应，可以获取坩埚1260的内部状态由于反应而产生的变化。原则上，可以使用例如电阻测量的方法。7.实验下面将描述进行的实验。在该实验中，在各种温度曲线下，半导体单晶生长在籽晶基底上。图6是示出用于生长半导体单晶的温度曲线的图。在线L1中，在第一阶段K1期间，坩埚1260的温度在第一温度范围J1内。在所述温度达到第一温度范围J1并且经过第一阶段K1之后，提升坩埚1260的温度。在这种情况下，当坩埚1260的温度为约100℃时，开始Ga与Na的反应。Ga与Na反应并充分地分散。也就是说，似乎Ga与Na的合金的细颗粒有效地被分散。单晶CR1生长在模板10的整个表面上。在图6的线L2中，坩埚1260的温度比线L1更急剧地上升。坩埚1260温度的阶段在第一温度范围J1内，比线L1更短。然而，当温度在200℃至300℃的范围内时，坩埚1260的温度升高是平缓的。在这种情况下，Ga与Na没有充分反应，单晶CR1几乎没有在模板10上生长。在图3的线L3中，坩埚1260的温度比线L1更急剧地上升。坩埚1260温度的阶段在第一温度范围J1内，比线L1更短。在这种情况下，Ga与Na没有充分反应。单晶CR1几乎没有生长在模板10上。因此，认为重要的是在第一温度范围J1内逐渐升高坩埚1260的温度，从而能够使Ga与Na充分反应。为了在模板10的整个表面上均匀地生长单晶CR1，认为重要的是使反应后的Ga与Na(即Ga与Na的合金的细颗粒)充分地分散。然后将对通过X射线接收单元1500所获得的X射线图像进行描述。图7是紧接在温度升高之后的坩埚1260的X射线图像。在这个阶段，Ga和Na两者均没有熔融。因此，在图7中，将Na放置在Ga上。图8是在当坩埚1260的温度在100℃附近时坩埚1260的X射线图像。Na的熔点为约97.7℃。Ga的熔点为约29.8℃。因此，在100℃附近，Na开始熔融，并且Ga与Na反应。在图8中，Ga正在与Na混合。在图9中，在模板10上Ga与Na反应。通过该反应所获得的Ga-Na合金的细颗粒均匀地设置在模板10上。当Ga与Na的反应进行到该阶段时，单晶CR1均匀地生长。另一方面，所述反应在图7的阶段中停止，没有生长出单晶CR1。实验的结果显示当使用图6的温度曲线(线L1)时，Ga与Na的反应进行到如图9所示的状态，且均匀地产生单晶CR1。当使用图6的温度曲线(线L2和线L3)时，Ga与Na的反应在如图7所示的状态下停止，并且没有产生单晶CR1。8.变化方案8-1.温度控制在实施方案1中，在在通过X射线接收单元1500所获得的X射线图像中观察到Ga与Na的混合物完成之后，将坩埚1260的温度升高至半导体单晶的生长温度。在第一阶段K1期间，将坩埚1260的温度调整在第一温度范围J1内。在经过第一阶段K1之后，可以将坩埚1260的温度升高至生长温度。在差热分析中，当参考温度值与所测量的温度值之差随着时间积分，并且积分值超过预定的积分参考值时，可以确定Ga与Na的反应完成。在这种情况下，反应确定单元1700进行积分计算并确定反应是否完成。之后，将坩埚1260的温度升高至生长温度。8-2.第III族氮化物半导体单晶在实施方案1中，形成GaN半导体单晶。然而，这种生产方法可以应用于其他第III族氮化物半导体单晶的生长。例如，可以产生AlXInYGa(1-X-Y)N(0≤X，0≤Y，X+Y≤1)。在这种情况下，需要向坩埚1260中添加额外的原料。8-3.多个半导体单晶的生长在实施方案1中，借助单个坩埚生长出一个半导体单晶。然而，还可以借助具有大直径的单个坩埚产生多个半导体单晶，导致生产力的提高。8-4.旋转模式坩埚1260的旋转模式不必限于图4所示的那一种模式。可以使用其他旋转模式。9.实施方案的概要如上文所述，在实施方案1，即用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法中，通过助熔剂法生长半导体单晶。在第一阶段K1期间将坩埚1260的温度调整在第一温度范围J1内。在第一阶段K1期间逐渐升高坩埚1260的温度，Ga与Na充分反应。测量装置探测Ga与Na的反应。反应后的Ga与Na被充分地分散。因此，单晶CR1可以均匀地生长在籽晶基底的整个表面上。因此，在用于生产第III族半导体单晶的方法中，半导体单晶具有高的产率。注意，实施方案1仅出于举例说明的目的给出。不用说，本领域的技术人员可以在不偏离其精神的情况下改变或修改实施方案。例如，在实施方案1中，通过金属-有机化学气相沉积(MOCVD)在模板10上形成缓冲层12和GaN层13。然而，还可以使用气相生长技术例如氢化物气相外延(HVPE)、物理方法例如分子束外延(MBE)以及其他类似的技术。实施方案2本发明技术方案基于这样的发现：当在低于生长温度的温度下实现Na与Ga的反应之后，将生长温度升高至生长第III族氮化物半导体的生长温度时，获得高质量和均匀的晶体。Na与Ga的反应为Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。当在实现Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态并且将所述温度升高至生长第III族氮化物半导体单晶的生长温度之后Ga-Na合金在升温过程中变成液体时，获得平坦的高质量晶体。在实施方案1中，Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态使用X射线或者在差热分析中进行探测。因此，如果在晶体生长之前实现Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态，则可以实现本发明技术方案的目标。图5和6中所示的升温曲线与使用X射线探测的Ga-Na合金的分散体状态之间的关系可以通过实验来存储。由结果可知，可以仅仅通过最佳升温曲线来实现Ga-Na合金的分散体状态。也就是说，可以通过升温曲线或者其中所述熔体的温度在低于生长温度的预定低温范围内的时间段内来实现Ga-Na合金的分散体状态。实施方案2是仅仅通过控制第III族氮化物半导体在生长温度下生长之前的温度在第一温度范围内完成Ga与Na的反应的一个实例。图10示出了实施方案2的晶体生长设备1010。晶体生长设备1010与图2中所示的晶体生长设备1000的不同之处仅仅在于压力容器1250是一体型的而不会分离成上部或下部，并且不存在X射线辐照单元1400、X射线接收单元1500和反应确定单元1700。在实施方案2中，在将反应室1240的温度维持在95℃下同时排空时，将包含原料的坩埚1260放置在反应室1240中。随后，将反应室1240的压力在2.5小时内调整为30帕。也就是说，将坩埚1250的温度维持在95℃下保持2.5小时(阶段K1)，如图5和6的曲线L4所示。此后，将所述温度以10℃/分钟的升温速率升高至生长温度，并且晶体在生长温度下生长。在图6中，当在温度曲线L2和L3下以短的时间通过80℃至200℃的低温范围而将材料(即熔体)的温度升高至生长温度时，不会获得高质量和均匀的晶体。也就是说，需要至少一定时间的低温状态来实现Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。当以高速通过低温状态时，即使所述熔体维持在高于所述温度范围的温度或生长温度下也不会实现Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态，从而导致Ga与Na的分离。相反，当在温度曲线L1或L4下以长的时间通过上述温度范围而将所述温度升高至生长温度时，获得高质量和均匀的半导体晶体。当在熔体的升温曲线中通过低温范围的时间段为30分钟或更多时，实现Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。在Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态完成之后，不需要通过低温范围的额外时间段。即使通过低温范围的阶段被延长也不存在问题。然而，较长的生产时间不是优选的。通常地，增加低温范围的时间段是30分钟至3小时。当时间段太长时，减少氮的溶解量，并且增加籽晶的回熔，由此使半导体晶体的质量劣化。在熔体的升温曲线中，熔体的温度在80℃至200℃的低温范围内的时间段K1优选为预定值。可以停止温度升高并且将其维持在低温范围内。熔体的温度在80℃至200℃的低温范围内的时间段K1可以通过使从室温至200℃的升温速率低于从200℃至生长温度的升温速率来控制。从室温至200℃的升温速率优选低于或等于10℃/分钟。从200℃至生长温度的升温速率优选为5℃/分钟至20℃/分钟。在图6的温度曲线L1和L4中，升温速率在两个步骤中改变。然而，其可以在多个步骤中改变。例如，在10℃/分钟的升温速率下的升温过程中，可将所述温度分别在95℃、150℃、200℃和250℃下保持30分钟。保持时间在各个保持温度下可以不同。在图6中，当通过小于或等于400℃的温度范围的时间为30分钟或更长时，实现Ga-Na合金的细颗粒均匀地分散在熔体中的状态。该合金在400℃下变成液体。当在实现其中大量的Ga-Na合金的细颗粒均匀地被分散的状态之后Ga-Na合金在温度升高至生长温度的过程中变成液体时，改善生长半导体的结晶度。本发明基于这样的发现：通过在实现其中大量的Ga-Na合金的细颗粒在获得液体Ga-Na合金之前均匀地被分散的状态之后，通过在生长温度下生长半导体来获得高质量晶体。因此，一般而言，低于500℃的温度范围必须维持长时间以实现Ga-Na合金的细颗粒的分散体状态。实施方案3实施方案1和2是指用于生产第III族氮化物半导体单晶的方法。实施方案3是指使用所述第III族氮化物半导体单晶作为自支撑基底的半导体装置。1.垂直型半导体装置图11示出了根据实施方案2的功率装置100。功率装置100是垂直型半导体装置。功率器件100具有如图11底部所示的漏电极D1，和如图11顶部所示的栅电极G1和源电极S1。功率装置100具有多个第III族氮化物半导体层。如图11所示，除了前述电极以外，功率装置100还具有基底110、n型层120、p型层130、n型层140和绝缘膜150。n型层120具有n+GaN层121和n-GaN层122，其按顺序设置在基底110上。源电极S1与n型层140接触，并且漏电极D1与基底110接触。2.自支撑基底基底110是由实施方案1和2的晶体CR产生的自支撑基底。如本文所使用的术语“自支撑基底”包括碟状基底(晶圆)，以及在装置隔离之后获得的基底等。蓝宝石基底11和其他部件从晶体CR中移除。移除可以通过已知的技术如激光剥离进行。如此获得的单晶CR1的两个表面都进行抛光或者经历类似的处理，由此得到基底110。基底110可设置有凸起或者其他形状。或者，也可以对单晶CR1至少一面进行抛光，而不是两面抛光。在晶体生长过程之后的冷却期间，可以使用热应变对基底110进行剥离。3.变化方案3-1.横向型半导体装置实施方案2是指垂直型半导体装置。然而，实施方案2的自支撑基底可以应用于如图12所示的横向型半导体装置200。图12所示的半导体装置200是HFET。半导体装置200具有基底210、缓冲层220、第一载体移动层230、第二载体移动层240、载体供应层250、绝缘膜260、漏电极D2、源电极S2和栅电极G2。基底210通过对单晶CR1进行加工来获得。3-2.半导体发光装置或者，实施方案2的自支撑基底可应用于图13所示的半导体发光装置300。如上所述，通过实施方案1和2的生产方法获得的单晶CR1可应用于多种半导体装置。半导体发光装置300具有基底310、半导体层、p电极P3和n电极N3。基底310是通过对单晶CR1进行加工来获得。半导体层由缓冲层320、n型接触层330、n型静电击穿防止层340、n型覆层350、发光层360、p型覆层370和p型接触层380组成，其按顺序形成在基底310的主表面上。p电极P3与p型接触层380相接触，并且n电极N3与n型接触层330相接触。当前第1页1 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