高純度トリアルキルガリウム及びその製法
【課題】簡便な方法によって、高純度トリアルキルガリウム及びその方法を提供すること。
【解決手段】トリアルキルガリウム（アルキル基の炭素数は１〜６）とトリアルキルアミンを反応させて錯体を形成させ、これを蒸留によって精製した後、トリアルキルアミンを解離させることにより、遊離のトリアルキルガリウムを回収する。これによりケイ素原子の含有量が0.1質量ppm以下であることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムが得られる。
【解決手段】トリアルキルガリウム（アルキル基の炭素数は１〜６）とトリアルキルアミンを反応させて錯体を形成させ、これを蒸留によって精製した後、トリアルキルアミンを解離させることにより、遊離のトリアルキルガリウムを回収する。これによりケイ素原子の含有量が0.1質量ppm以下であることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度トリアルキルガリウム及びその製法に関するものである。高純度トリアルキルガリウムは、例えば、エピタキシャル成長法による高機能の化合物半導体の製造原料として有用な化合物である。
【背景技術】
【０００２】
従来、高純度トリアルキルガリウムの製法としては、例えば、三塩化ガリウムとトリメチルアルミニウムとをメシチレン中で反応させてトリメチルガリウムを製造する方法が知られている。しかしながら、この方法では、大量のメシチレンが必要であるため、容量の大きな反応釜の使用により操作が煩雑となり、工業的な高純度トリアルキルガリウムの製法としては不適であった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2005-8553号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、上記問題点を解決し、簡便な方法によって、高純度トリアルキルガリウム及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の課題は、ケイ素原子の含有量が0.1質量ppm以下であることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムによって解決される。
【０００５】
本発明の課題は、又、一般式（１）
【０００６】
【化１】
【０００７】
（式中、Ｒ１は、炭素原子数１〜６のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルガリウムと一般式（２）
【０００８】
【化２】
【０００９】
（式中、Ｒ２は、炭素原子数５〜１２のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルアミンとを反応させてガリウム−アミン錯体を形成させ、次いで、反応混合物を蒸留して該ガリウム−アミン錯体を取得した後、該ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離のトリアルキルガリウムを得ることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムの製法によっても解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、エピタキシャル成長法による高機能の化合物半導体の製造原料として有用な高純度トリアルキルガリウム及びその製法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に反応において使用するトリアルキルガリウムは、前記の一般式（１）で示される。その一般式（１）において、Ｒ１は、炭素数１〜６のアルキル基を示し、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が挙げられるが、好ましくはメチル基、エチル基である（即ち、トリアルキルガリウムが、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム）。なお、これらの基は、各種異性体も含む。
【００１２】
本発明に反応において使用するトリアルキルアミンは、前記の一般式（２）で示される。その一般式（２）において、Ｒ２は、炭素数５〜１２のアルキル基であり、例えば、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基が挙げられるが、好ましくはn-オクチル基である（即ち、トリアルキルアミンが、トリ-n-オクチルアミン）。なお、これらの基は、各種異性体も含む。
【００１３】
前記トリアルキルアミンの使用量は、トリアルキルガリウム1モルに対して、好ましくは0.6〜1.5モル、更に好ましくは0.8〜1.2モルである。なお、これらのトリアルキルアミンは、単独又は二種以上を混合して使用しても良い。
【００１４】
本発明のガリウム−アミン錯体の形成は、例えば、トリアルキルガリウムとトリアルキルアミンとを混合し、攪拌させながら反応させる等の方法によって行われる。その際の温度は、好ましくは30〜150℃、更に好ましくは40〜110℃であり、圧力は特に制限されない。
【００１５】
本発明では、先に得られた混合物を蒸留して当該ガリウム−アミン錯体を取得した後、当該ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離の高純度トリアルキルガリウムを得ることができる。
【００１６】
前記反応混合物を蒸留して当該ガリウム−アミン錯体を取得する際の温度は、好ましくは50〜200℃、更に好ましくは100〜150℃であり、圧力は、好ましくは0.5〜101.3kPaA、更に好ましくは5〜10kPaAである。
【００１７】
前記ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離の高純度トリアルキルガリウムを得る方法としては、例えば、当該ガリウム−アミン錯体を加熱して蒸留し、その流出物として得る等の方法によって行われる。その際の温度は、好ましくは100〜220℃、更に好ましくは130〜200℃であり、圧力は、好ましくは0.5〜101.3kPaA、更に好ましくは20〜50kPaAである。
【００１８】
なお、前記ガリウム−アミン錯体の形成、蒸留によるガリウム−アミン錯体の取得及びガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、高純度トリアルキルガリウムを得る操作は、複数回行うことによって、より高純度のトリアルキルガリウムを得ることができる。又、トリアルキルガリウムは、公知の方法によって更に精製することもできる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】J.Am.Chem.Soc.,84,3605(1962)
【実施例】
【００１９】
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。なお、トリアルキルガリウムの金属原子の分析は、誘導プラズマ発光分析法（ICP-OES法）にて行った。
【００２０】
実施例１（高純度トリメチルガリウムの合成）
攪拌装置、ヴィグリュー型蒸留塔（２つの受器を付属）及び滴下漏斗を備えた内容積100mlの反応容器に、窒素雰囲気にて、トリ-ｎ-オクチルアミン45g(126mmol)を加え、トリメチルガリウム（ケイ素原子を1質量ppm含む）18g(156mmol)をゆるやかに加え、攪拌しながら40℃で0.5時間攪拌させて、ガリウム−アミン錯体を形成させた。次いで、得られた反応混合物を減圧下で蒸留（100℃、7kPaA）し、低沸点成分（不純物）をドライアイスで冷却した受器に捕集し、ガリウム−アミン錯体を反応容器内に取得した。その後、ガリウム−アミン錯体を130〜200℃に加熱して減圧蒸留（40kPaA）し、流出物として、トリメチルガリウム12gを受器に得た（回収率；67％）。なお、得られたトリメチルガリウムは、ケイ素原子が0.05質量ppm以下、ケイ素原子以外の金属原子の合計含有量が0.56質量ppm以下（アルミニウム原子；0.09質量ppm以下、カルシウム原子；0.02質量ppm以下、カドミウム原子；0.03質量ppm以下、クロム原子；0.05質量ppm以下、銅原子；0.03質量ppm以下、鉄原子；0.05質量ppm以下、マグネシウム原子；0.02質量ppm以下、マンガン原子；0.02質量ppm以下、ナトリウム原子；0.1質量ppm未満、カリウム原子：0.1質量ppm未満、亜鉛原子；0.05質量ppm以下）しか混入していない高純度品であった。
【００２１】
比較例１（トリメチルガリウムの合成）
実施例１において、トリ-ｎ-オクチルアミンの代わりに、トリ‐n-ブチルアミン26g(127mmol)を使用した以外は、実施例１と同様にトリメチルガリウムの合成を行った。その結果、得られたトリメチルガリウムは、ケイ素原子が0.3質量ppm混入している低純度品であった。
【００２２】
比較例２（トリメチルガリウムの合成）
実施例１において、トリ-ｎ-オクチルアミンの代わりに、N,N-ジメチルアニリン17g(140mmol)を使用した以外は、実施例１と同様にトリメチルガリウムの合成を行った。その結果、ガリウム−アミン錯体は形成したものの、N,N-ジメチルアニリンは解離せずに、遊離のトリメチルガリウムを得ることはできなかった。
【００２３】
実施例２（高純度トリエチルガリウムの合成）
実施例１において、トリメチルガリウムの代わりにトリエチルガリウムを用いたこと以外、実施例１と同様に反応を行うと、ケイ素原子が0.1質量ppm以下の高純度トリエチルガリウムが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、高純度トリアルキルガリウム及びその製法に関するものである。高純度トリアルキルガリウムは、例えば、エピタキシャル成長法による高機能の化合物半導体の製造原料として有用な化合物である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高純度トリアルキルガリウム及びその製法に関するものである。高純度トリアルキルガリウムは、例えば、エピタキシャル成長法による高機能の化合物半導体の製造原料として有用な化合物である。
【背景技術】
【０００２】
従来、高純度トリアルキルガリウムの製法としては、例えば、三塩化ガリウムとトリメチルアルミニウムとをメシチレン中で反応させてトリメチルガリウムを製造する方法が知られている。しかしながら、この方法では、大量のメシチレンが必要であるため、容量の大きな反応釜の使用により操作が煩雑となり、工業的な高純度トリアルキルガリウムの製法としては不適であった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2005-8553号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、上記問題点を解決し、簡便な方法によって、高純度トリアルキルガリウム及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の課題は、ケイ素原子の含有量が0.1質量ppm以下であることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムによって解決される。
【０００５】
本発明の課題は、又、一般式（１）
【０００６】
【化１】
【０００７】
（式中、Ｒ１は、炭素原子数１〜６のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルガリウムと一般式（２）
【０００８】
【化２】
【０００９】
（式中、Ｒ２は、炭素原子数５〜１２のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルアミンとを反応させてガリウム−アミン錯体を形成させ、次いで、反応混合物を蒸留して該ガリウム−アミン錯体を取得した後、該ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離のトリアルキルガリウムを得ることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムの製法によっても解決される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、エピタキシャル成長法による高機能の化合物半導体の製造原料として有用な高純度トリアルキルガリウム及びその製法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に反応において使用するトリアルキルガリウムは、前記の一般式（１）で示される。その一般式（１）において、Ｒ１は、炭素数１〜６のアルキル基を示し、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が挙げられるが、好ましくはメチル基、エチル基である（即ち、トリアルキルガリウムが、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム）。なお、これらの基は、各種異性体も含む。
【００１２】
本発明に反応において使用するトリアルキルアミンは、前記の一般式（２）で示される。その一般式（２）において、Ｒ２は、炭素数５〜１２のアルキル基であり、例えば、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基が挙げられるが、好ましくはn-オクチル基である（即ち、トリアルキルアミンが、トリ-n-オクチルアミン）。なお、これらの基は、各種異性体も含む。
【００１３】
前記トリアルキルアミンの使用量は、トリアルキルガリウム1モルに対して、好ましくは0.6〜1.5モル、更に好ましくは0.8〜1.2モルである。なお、これらのトリアルキルアミンは、単独又は二種以上を混合して使用しても良い。
【００１４】
本発明のガリウム−アミン錯体の形成は、例えば、トリアルキルガリウムとトリアルキルアミンとを混合し、攪拌させながら反応させる等の方法によって行われる。その際の温度は、好ましくは30〜150℃、更に好ましくは40〜110℃であり、圧力は特に制限されない。
【００１５】
本発明では、先に得られた混合物を蒸留して当該ガリウム−アミン錯体を取得した後、当該ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離の高純度トリアルキルガリウムを得ることができる。
【００１６】
前記反応混合物を蒸留して当該ガリウム−アミン錯体を取得する際の温度は、好ましくは50〜200℃、更に好ましくは100〜150℃であり、圧力は、好ましくは0.5〜101.3kPaA、更に好ましくは5〜10kPaAである。
【００１７】
前記ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離の高純度トリアルキルガリウムを得る方法としては、例えば、当該ガリウム−アミン錯体を加熱して蒸留し、その流出物として得る等の方法によって行われる。その際の温度は、好ましくは100〜220℃、更に好ましくは130〜200℃であり、圧力は、好ましくは0.5〜101.3kPaA、更に好ましくは20〜50kPaAである。
【００１８】
なお、前記ガリウム−アミン錯体の形成、蒸留によるガリウム−アミン錯体の取得及びガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、高純度トリアルキルガリウムを得る操作は、複数回行うことによって、より高純度のトリアルキルガリウムを得ることができる。又、トリアルキルガリウムは、公知の方法によって更に精製することもできる（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】J.Am.Chem.Soc.,84,3605(1962)
【実施例】
【００１９】
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。なお、トリアルキルガリウムの金属原子の分析は、誘導プラズマ発光分析法（ICP-OES法）にて行った。
【００２０】
実施例１（高純度トリメチルガリウムの合成）
攪拌装置、ヴィグリュー型蒸留塔（２つの受器を付属）及び滴下漏斗を備えた内容積100mlの反応容器に、窒素雰囲気にて、トリ-ｎ-オクチルアミン45g(126mmol)を加え、トリメチルガリウム（ケイ素原子を1質量ppm含む）18g(156mmol)をゆるやかに加え、攪拌しながら40℃で0.5時間攪拌させて、ガリウム−アミン錯体を形成させた。次いで、得られた反応混合物を減圧下で蒸留（100℃、7kPaA）し、低沸点成分（不純物）をドライアイスで冷却した受器に捕集し、ガリウム−アミン錯体を反応容器内に取得した。その後、ガリウム−アミン錯体を130〜200℃に加熱して減圧蒸留（40kPaA）し、流出物として、トリメチルガリウム12gを受器に得た（回収率；67％）。なお、得られたトリメチルガリウムは、ケイ素原子が0.05質量ppm以下、ケイ素原子以外の金属原子の合計含有量が0.56質量ppm以下（アルミニウム原子；0.09質量ppm以下、カルシウム原子；0.02質量ppm以下、カドミウム原子；0.03質量ppm以下、クロム原子；0.05質量ppm以下、銅原子；0.03質量ppm以下、鉄原子；0.05質量ppm以下、マグネシウム原子；0.02質量ppm以下、マンガン原子；0.02質量ppm以下、ナトリウム原子；0.1質量ppm未満、カリウム原子：0.1質量ppm未満、亜鉛原子；0.05質量ppm以下）しか混入していない高純度品であった。
【００２１】
比較例１（トリメチルガリウムの合成）
実施例１において、トリ-ｎ-オクチルアミンの代わりに、トリ‐n-ブチルアミン26g(127mmol)を使用した以外は、実施例１と同様にトリメチルガリウムの合成を行った。その結果、得られたトリメチルガリウムは、ケイ素原子が0.3質量ppm混入している低純度品であった。
【００２２】
比較例２（トリメチルガリウムの合成）
実施例１において、トリ-ｎ-オクチルアミンの代わりに、N,N-ジメチルアニリン17g(140mmol)を使用した以外は、実施例１と同様にトリメチルガリウムの合成を行った。その結果、ガリウム−アミン錯体は形成したものの、N,N-ジメチルアニリンは解離せずに、遊離のトリメチルガリウムを得ることはできなかった。
【００２３】
実施例２（高純度トリエチルガリウムの合成）
実施例１において、トリメチルガリウムの代わりにトリエチルガリウムを用いたこと以外、実施例１と同様に反応を行うと、ケイ素原子が0.1質量ppm以下の高純度トリエチルガリウムが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、高純度トリアルキルガリウム及びその製法に関するものである。高純度トリアルキルガリウムは、例えば、エピタキシャル成長法による高機能の化合物半導体の製造原料として有用な化合物である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素原子の含有量が0.1質量ppm以下であることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウム。
【請求項２】
一般式（１）
【化１】
（式中、Ｒ１は、炭素原子数１〜６のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルガリウムと一般式（２）
【化２】
（式中、Ｒ２は、炭素原子数５〜１２のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルアミンとを反応させてガリウム−アミン錯体を形成させ、次いで、反応混合物を蒸留して該ガリウム−アミン錯体を取得した後、該ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離のトリアルキルガリウムを得ることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムの製法。
【請求項３】
トリアルキルガリウムが、トリメチルガリウム又はトリエチルガリウムである請求項１乃至２記載の高純度トリアルキルガリウムの製法。
【請求項４】
トリアルキルアミンが、トリ-n-オクチルアミンである請求項１乃至２記載の高純度トリアルキルガリウムの製法。
【請求項１】
ケイ素原子の含有量が0.1質量ppm以下であることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウム。
【請求項２】
一般式（１）
【化１】
（式中、Ｒ１は、炭素原子数１〜６のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルガリウムと一般式（２）
【化２】
（式中、Ｒ２は、炭素原子数５〜１２のアルキル基を示す。）
で示されるトリアルキルアミンとを反応させてガリウム−アミン錯体を形成させ、次いで、反応混合物を蒸留して該ガリウム−アミン錯体を取得した後、該ガリウム−アミン錯体からトリアルキルアミンを解離させて、遊離のトリアルキルガリウムを得ることを特徴とする、高純度トリアルキルガリウムの製法。
【請求項３】
トリアルキルガリウムが、トリメチルガリウム又はトリエチルガリウムである請求項１乃至２記載の高純度トリアルキルガリウムの製法。
【請求項４】
トリアルキルアミンが、トリ-n-オクチルアミンである請求項１乃至２記載の高純度トリアルキルガリウムの製法。
【公開番号】特開２００８−８１４５１（Ｐ２００８−８１４５１Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６４１１０（Ｐ２００６−２６４１１０）
【出願日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
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