[发明专利]三烷基镓或三烷基铟化合物的制备

说明书

本申请根据35USC119(E)要求于2012年2月1日提交的美国临时申请号61/593,502、以及2012年2月1日提交的61/593,537、以及2013年1月18日提交的美国申请号13/744,522的权益，这些申请的披露内容通过引用结合在此。

三烷基金属化合物，如三烷基镓和铟化合物，是通过将一种三烷基铝化合物加入一种混合物中以高产率和高纯度制备的，该混合物是通过在一种离子液体溶剂，即，一种熔盐如熔融混合的铝金属盐像具有化学式M[AlR_nX_(4-n)]的盐或盐的混合物，中将一种镓或铟三卤化物与一种一价金属的卤盐(如像Li、Na、K或Cs的卤盐)组合形成的，在该化学式M[AlR_nX_(4-n)]中，M是一种一价金属如Li、Na、K或Cs，R是一个烷基基团，X是一种卤化物并且n是从1至3的一个数。

背景技术

有机金属化合物的很多高价值用途，如电子和光电子应用中的半导体材料的制备，要求极其纯的有机金属材料。周期表的第III族元素的有机金属化合物，特别是这些元素的低级烷基化合物，广泛用于通过化学气相沉积将其组元的化合物沉积到底物上。例如，已经通过在高温下在适合的底物存在下使一个镓源(如三甲基镓)的蒸气与一个砷源(如胂)组合来将砷化镓半导体层沉积在底物上。类似的方法用于形成其他的化合物，如从三甲基铟和膦形成磷化铟。

可以使用多种技术，包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、以及其他的外延技术如分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)、化学束外延(CBE)以及原子层沉积(ALD)，将这些材料的薄膜沉积到表面上。例如CVD方法可以用于通过在高温下分解挥发性的有机金属前体例如三甲基镓或三甲基铟在大气压下或者在减压下沉积一个金属层。通常接受的是这些前体烷基化合物(alkyl)的纯度水平限制了生成的外延层的可获得的纯度，这进而确定了生成的装置的技术有用性。

本发明具体地涉及制备有机金属化合物，这些有机金属化合物适用于在气相沉积以及含金属薄膜的外延生长中使用。

存在用于制备三烷基镓和铟化合物(用于以上薄膜形成方法)的多种概念上简单的方法，例如，金属卤化物与格氏试剂或烷基锂在一种醚或烃溶剂中的反应，或将一种有机卤化物加入一种熔融金属中。因此，可以通过三氯化镓与3当量的甲基格氏试剂或甲基锂的反应制备三甲基镓，并且已经通过熔融铟金属与氯甲烷的反应形成了三甲基铟。某些烷基金属化合物与金属卤化物之间的烷基转移也是熟知的。例如，已经通过铟三卤化物与三甲基铝的反应形成了三甲基铟。

然而，现有方法存在公认的缺陷，尤其当需要高度纯的材料时。一些反应受制于差的转化率或形成难以分离或适当地纯化的产物。例如，与格氏试剂的反应典型地要求一种溶剂如醚，已知这种溶剂与例如三烷基铟化合物紧密地络合，从而使得分离极其困难。US5455364披露了一种用于纯化三烷基第III族金属化合物(从一种格氏反应形成)的方法，其中将一种碱金属卤化物、优选氟化钾加入粗产物混合物中以便络合氧化合物并且蒸馏所希望的产物。同样，虽然很多更有用的有机金属化合物是挥发性的，例如三甲基铝、三甲基镓和三甲基铟，但是用于烷基化反应的很多溶剂也是挥发性的，从而使通过蒸馏的分离变得困难。

连同纯化的问题，烷基转移方法经常受制于烷基基团从金属烷基化合物向金属氯化物的不完全转移。例如，US3,318,931披露了一种方法，其中将三倍过量的三烷基铝加入三氯化镓中以便形成该三烷基镓化合物。即，仅一个烷基基团有效地从所述的三烷基铝转移到该镓卤化物上，从而导致三烷基镓与二烷基铝氯化物的一种混合物。

美国专利5,756,786披露了一种用于通过在一种高沸点烃溶剂中在2当量的溴化钾的存在下使三氯化铟与大大过量的三甲基铝反应来制造三甲基铟的方法。

美国专利号6,495,707披露了一种用于制造有机金属化合物如三甲基铟和三甲基镓的连续方法，其方式为将一种金属前体例如三氯化镓以及一种烷化剂例如三甲基铝直接引入一个蒸馏设备中，其中在反应时，挥发性的三甲基镓从剩余的反应混合物中蒸馏出来。三甲基铝对镓前体的至少3.5:1的过量必须存在于反应区中。

清楚地，将允许至少两个或可能地所有三个烷基基团从三烷基铝完全转移到镓或铟三卤化物的一种方法将提供这些高价值三烷基金属化合物制备方面的显著改善。