[发明专利]制备三甲基金属化合物的方法

说明书

本发明涉及一种生产选自三甲基镓和三甲基铟的三甲基金属化合物的方法。

随着移动电话和光学通信技术的进步，对用于高速电子器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极晶体管(HBT)、半导体激光器、光学器件如白色和蓝色超高强度LED和其他应用的化合物半导体的需求迅速增长。

通常，第12族和第13族金属的烷基衍生物，特别是甲基或乙基衍生物通常用作化合物半导体用金属有机前体。尤其对用于通过具有第15族元素(例如氮、砷等)的MOCVD生产化合物半导体的三甲基镓存在巨大的需求。

三甲基镓(TMG)通常通过使三卤化镓(例如三氯化镓)与三甲基铝(TMAL)反应来制备。根据该反应，1摩尔TMG的生产需要使用3摩尔的TMAL。

GaCl₃+3Al(CH₃)₃→Ga(CH₃)₃+3Al(CH₃)₂Cl

三甲基铟可以以相当方式生产。

TMAL与其他烷基铝化合物如三乙基铝和二甲基氯化铝相比显著更贵。

在生产仅1摩尔的TMG需要使用3摩尔的TMAL下，明显TMG生产成本在很大程度上由TMAL价格决定。

因此，本发明的目的是提供一种生产三甲基金属化合物，特别是三甲基镓和三甲基铟的方法，该方法需要明显更少的三甲基铝。

该目的通过本发明方法实现，其涉及制备具有式M(CH₃)₃的三甲基金属化合物，该方法包括使式M(R)₃的三烷基金属化合物与三甲基铝[Al(CH₃)₃]反应以形成所述具有式M(CH₃)₃的三甲基金属化合物的步骤，其中M选自由Ga和In组成的组，R为具有2-8个碳原子的直链或支化烷基。

如下所示，该方法每摩尔生成的三甲基金属化合物仅需要1摩尔的TMAL。

在一个优选的实施方案中，M为Ga。

烷基R优选选自乙基以及直链或支化的丙基和丁基，包括正丙基、异丙基、正丁基、异丁基和叔丁基。更优选地，烷基选自乙基、正丙基、正丁基和异丁基。最优选地，烷基R为乙基。

根据本发明方法，使三烷基金属化合物M(R)₃与三甲基铝(TMAL)反应以形成三甲基金属化合物M(CH₃)₃。最优选地，该方法涉及三乙基镓(TEG)和三甲基铝(TMAL)之间的反应以形成三甲基镓(TMG)。副产物为三乙基铝(TEAL)：

Ga(CH₂CH₃)₃+Al(CH₃)₃→Ga(CH₃)₃+Al(CH₂CH₃)₃

除了该方法每摩尔所产生的三甲基金属化合物仅需要1摩尔的昂贵TMAL的优点，该方法的额外优点为可以将作为副产物形成的三烷基铝Al(R)₃用于三烷基金属M(R)₃的制备中。后一制备涉及金属三卤化物MX₃(X为Cl、Br或I，更优选Cl或Br，最优选Cl)和三烷基铝Al(R)₃之间的反应以形成三烷基金属化合物M(R)₃和二烷基卤化铝Al(R)₂X。

因此，可以将在至三甲基金属化合物M(CH₃)₃的反应中形成的三烷基铝Al(R)₃再循环至三烷基金属化合物M(R)₃的制备中。

该反应优选在惰性(例如氮气)气氛下在0-280℃，优选25-250℃，最优选50-175℃的温度下进行。温度可以在反应过程中保持恒定，但也可以逐渐升高。

该反应可以在大气压力或较低的压力下进行。在较低的压力下，可施加较低的温度。