WO2012096242A1

WO2012096242A1 - 電解生成装置

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Publication number: WO2012096242A1
Application number: PCT/JP2012/050217
Authority: WO
Inventors: 啓司渡部; 健治田村; 稔季小林
Original assignee: ラサ工業株式会社
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-07-19
Also published as: CN103282550A; KR101780851B1; TW201229321A; TWI507565B; KR20140009207A; JP2012144764A; JP5350409B2; CN103282550B

Abstract

　トリメチルガリウムに代表される有機金属化合物を工業的に生成するに適した電解生成装置を提供する。　金属と有機化合物を含有する電解液との電解反応により有機金属化合物を生成する電解生成装置１００であって、金属が融点以上の溶融金属として導入されるとともに、電解液が供給される、陽極５０及び陰極６０を設けた電解槽１０と、電解液を貯留する貯留槽２０とを備え、電解槽１０の内部において、陽極５０及び陰極６０は、それぞれ、溶融金属及び電解液と接触状態に配置され、電解槽１０と貯留槽２０との間で電解液が循環される。

Description

電解生成装置

　本発明は、金属と有機化合物を含有する電解液との電解反応により有機金属化合物を生成する電解生成装置に関する。

　デジタル家電や半導体照明等のエレクトロニクス分野の発展とともに、化合物半導体の需要が今後益々見込まれる。化合物半導体材料の一つである窒化ガリウム（ＧａＮ）は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光デバイスや、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等の電子デバイスへ応用される。ところが、窒化ガリウムの基板は高価である。このため、窒化ガリウムを含む電子デバイスを製造するにあたっては、例えば、有機金属化合物であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等を用いた有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってサファイア基板の上に窒化ガリウム層を形成し、その上に各種デバイスを作製している。ここで、発光ダイオードを例にとると、窒化ガリウムの品質は、発光ダイオードの明るさと信頼性に決定的な影響を与える。このため、半導体製造業者からは、窒化ガリウムの原料となるトリメチルガリウムに対して高純度の品質が要求されている。

　これまで、トリメチルガリウムは、ハロゲン化ガリウムとアルキルアルミニウムとを反応させて生成されることが一般的であった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、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の存在下で反応させ、トリメチルガリウムを合成している。

　一方、金属ガリウムとグリニャール試薬とを電解して反応させることにより、トリメチルガリウムを生成する方法も知られている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、初めに、電解槽中でグリニャール試薬と極性非プロトン性液体であるジエチルエーテルと金属ガリウムとを反応させ、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物（ＴＭＧＥ）を得ている。次いで、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物中のジエチルエーテルを揮発性の低いジイソペンチルエーテルで置換する。その後、トリメチルガリウム・ジイソペンチルエーテル付加物からジイソペンチルエーテルを解離させ、トリメチルガリウムとしている。グリニャール試薬、ジエチルエーテル、及び金属ガリウムの電解反応は、プラチナ陰極とガリウムプール消耗陽極とを備えた電解槽に１００Ｖの電圧を印加して実行される。

特開２００６－３４２１０１号公報特開昭５９－４７３８８号公報

　ところが、上述の先行技術には幾つかの問題が存在する。特許文献１では、トリメチルガリウムの原料としてハロゲン化ガリウム及びアルキルアルミニウムを使用しているが、これらは取り扱い上留意すべき点がある。ハロゲン化ガリウムは吸湿性が高いため、長期に亘って品質を維持することが難しい。吸湿した状態のハロゲン化ガリウムを原料として使用すると、アルキルアルミニウムとの反応性が劣るため、トリメチルガリウムの収率が低下する。また、アルキルアルミニウムは自然発火性物質であるため、取り扱いには特に慎重を要する。さらに、アルキルアルミニウム自体が高温高圧条件下で生成する必要があることから、安定的な生産、大量の生産にはあまり向かない。

　一方、特許文献２では、トリメチルガリウムを生成するに際し、金属ガリウムとグリニャール試薬とを原料としているため、原料品質が比較的安定しており、取り扱いも容易である。また、電解反応は、比較的低温（５０～６０℃）で、しかも常圧で行うことができるため、容易に製造を行うことができる。

　このように、特許文献２に記載の金属ガリウムとグリニャール試薬との電解反応を行う製造方法は、特許文献１に代表されるハロゲン化ガリウムとアルキルアルミニウムとの反応を行う場合よりも数々のメリットを有している。

　ところが、特許文献２の製造方法は、工業的製造を行う上では問題がある。同文献では、上述のように、電解反応を行うために、プラチナ陰極とガリウムプール消耗陽極とを備えた電解槽を使用しているが、当該電解槽によって高品質のトリメチルガリウムを効率良く且つ大量に生成することは、現実的には難しいと思われる。同文献によれば、当該電解生成装置におけるプラチナ陰極の面積は１ｃｍ^２に過ぎない。ガリウムプール消耗陽極も２０～４０ｇ程度と記載されている。このため、この電解槽で電解反応を行った場合、トリメチルガリウムの前駆体であるトリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物の生成量が非常に少なくなり、工業的スケールでトリメチルガリウムを製造するには到底及ばない。

　また、電解反応は通常、電極間の領域では活発になるが、電極から離れた領域ではあまり反応が進行しない。このため、電解反応においては電解槽や電極の構造を工夫する必要がある。この点、特許文献２は、電解槽や電極の構造を課題としていないため、電解反応を均一化させるための工夫については一切触れられていない。しかしながら、現実問題として、電解反応が不均一になると、電解液の組成や生成量にバラツキが発生するため、結果的に高品質のトリメチルガリウムを効率よく生成することができない。

　また、特許文献２において、トリメチルガリウムの生成量を増やしたい場合、電解槽のサイズを大きくして電解液及び溶融金属の供給量を増やさざるを得ず、その結果、装置の製造・維持コストが増大することになる。しかも、スケールアップを実施した場合、一旦反応が開始すると、当該反応は長時間に亘って連続的に進行するため、反応の制御が困難となる。従って、スケールアップ時のトリメチルガリウムの製造にはより慎重な操作が求められる。

　このように、現状においては、安全に且つ安定的に高品質の有機金属化合物を生成する電解生成装置は未だ開発されていない。本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、反応物が液体であること（すなわち、有機化合物を含有する電解液、及び溶融金属であること）に着眼し、トリメチルガリウムに代表される有機金属化合物を工業的に生成するに適した電解生成装置を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するための本発明に係る電解生成装置の特徴構成は、
　金属と有機化合物を含有する電解液との電解反応により有機金属化合物を生成する電解生成装置であって、
　前記金属が融点以上の溶融金属として導入されるとともに、前記電解液が供給される、陽極及び陰極を設けた電解槽と、
　前記電解液を貯留する貯留槽とを備え、
　前記電解槽の内部において、前記陽極及び前記陰極は、それぞれ、前記溶融金属及び前記電解液と接触状態に配置され、
　前記電解槽と前記貯留槽との間で前記電解液が循環されることにある。

　上記課題で述べたように、従来の電解生成装置を用いて有機金属化合物を生成する場合、電解反応が不均一になり易いため、有機金属化合物の効率的な生成が難しく、生成物の品質にも影響が及んでいた。また、有機金属化合物の生成量を増やすためにはスケールアップの実施を要するが、コスト面の問題に加えて、安全性の問題も懸念されていた。これは、電解反応が一旦開始されると、その後に電解液の量を増減したり、電解液を移動させることが難しいためである。
　工業的に製造を行う上で、安全に且つ安定的に高品質の有機金属化合物を生成するには、金属と適量の電解液とを反応させることが有効と考えられる。このような反応を行えば、金属と電解液との反応を無駄なく且つ穏やかに進行させることが可能となる。
　そこで、本発明者らが鋭意検討したところ、電解生成装置において、電解槽とは別に貯留槽を設け、当該貯留槽と電解槽との間で電解液を循環させることで、金属と電解液との反応が均一且つ安定的に進行し、その結果、高品質の有機金属化合物を効率良く且つ大量に生成できることを見出した。
　本構成の電解生成装置では、電解槽と貯留槽との間で電解液を循環させている。電解液の循環量を適量に調整することにより、電解液を電解槽に必要な分だけ供給できるため、貯留槽の無い電解生成装置と比べて、効率よく且つ確実に電解反応を発生させることが可能となる。その結果、有機金属化合物の品質が安定し、生成量も増大する。また、電解反応に寄与しない電解液を貯留槽に蓄えておくことにより、電解槽を小型化できるので、電解槽内で十分に電解反応を進行させることができる。しかも、電解槽は設備の中では比較的高価であるため、電解槽を小型化することは装置全体の維持コスト削減に大きく貢献する。
　また、従来の電解槽では、電極から位置が離れているために反応が不十分となる液部分が存在していたが、本構成では電解液が循環しているため、十分に撹拌が行われ、未反応液は発生しない。そして、電解液の循環が繰り返されることにより、電解液全体の反応がさらに均一化され、高品質の有機金属化合物を効率良く得ることができる。なお、電解液の循環量を調整すれば、反応開始後から反応を制御することが容易となり、安全に且つ高品質の有機金属化合物を生成することができる。

　本発明に係る電解生成装置において、
　前記陽極及び前記陰極は、それぞれ、前記溶融金属及び前記電解液に完全に浸漬するように、前記電解槽の深さ方向において積層配置され、前記陰極は前記溶融金属の液面から離間されていることが好ましい。

　本構成の電解生成装置では、陽極と陰極とが電解槽の深さ方向において積層配置されているため、電解槽の形状を有効に利用して両電極を配置し得る。例えば、比較的浅めの電解槽であっても、電解槽の底面に沿った形状の電極を積層配置することにより、電解槽の容量に対して十分な電気エネルギーを供給することが可能となるため、溶融金属と電解液との反応がより促進される。その結果、有機金属化合物の品質及び生成量がより向上し、工業的製造を効率よく行い得る。なお、電極を積層配置する構成であれば、電解槽のサイズを深さ方向においてさらに縮小した場合でも、当該電極の構造を変更することなくそのまま使用できるため、設備コスト面でも有利である。

　本発明に係る電解生成装置において、
　前記陰極と前記溶融金属の液面との離間距離が５～１０ｍｍに設定されていることが好ましい。

　本構成の電解生成装置では、陰極と溶融金属の液面との離間距離の下限値を５ｍｍとすることで、電極間の短絡を確実に防止しつつ、有機金属化合物の工業的製造を行い得る。一方、陰極と溶融金属の液面との離間距離の上限値を１０ｍｍとすることで、高品質な有機金属化合物を確実に製造し得る。

　本発明に係る電解生成装置において、
　前記金属はガリウムであり、前記電解液はグリニャールのジエチルエーテル溶液であり、前記有機金属化合物はアルキルガリウム・ジエチルエーテル付加物であることが好ましい。

　本構成の電解生成装置であれば、金属はガリウムであり、電解液はグリニャールのジエチルエーテル溶液であるため、高品質のアルキルガリウム・ジエチルエーテル付加物を工業的に製造し得る。

図１は、本発明の電解生成装置に係る電解槽の全体構造を示す斜視図である。図２は、図１に示した電解槽の分解斜視図である。図３は、本発明の実施例であり、電解生成装置とその後段の処理装置とを示す全体構成図である。

　本発明の電解生成装置に関する実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

　図１は、本発明の電解生成装置１００に係る電解槽１０の全体構造を示す斜視図である。図２は、図１に示した電解槽１０の分解斜視図である。また、図３は、本発明の実施例であり、電解生成装置１００とその後段の処理装置とを示す全体構成図である。

　本発明に係る電解生成装置１００では、金属と有機化合物を含有する電解液との電解反応により有機金属化合物を生成する。本実施形態では、金属としてガリウム（Ｇａ）、有機化合物としてグリニャール（ＣＨ_３ＭｇＩ）を使用する。ガリウムは、融点（約２９．７℃）以上の温度に加温した溶融金属の状態で使用する。グリニャールは、溶媒であるジエチルエーテル（Ｅｔ_２Ｏ）に溶解させた状態で電解液として使用する。

　電解生成装置１００は、主要な構成として、電解槽１０と貯留槽２０とを備えている。電解槽１０の内部には電解反応を進行させるための陽極５０及び陰極６０が設けられている。陽極５０は、電解槽１０の底部に滞留するガリウムと常時接触する位置に配置されている。陰極６０は、電解槽１０内でガリウムの上方を通流する電解液中に浸漬するように配置されている。貯留槽２０は電解槽１０とは別に設けられ、電解槽１０に供給する電解液を貯留しておくとともに、反応後の電解液が電解槽１０から戻される。電解槽１０と貯留槽２０との間は２本の送液管３０ａ，３０ｂで連絡されており、これにより流体回路３０が形成される。流体回路３０の途中に設けられた循環ポンプ４０を作動させることで、電解槽１０と貯留槽２０との間を電解液が循環する。

　ここで、電解槽１０の詳細な構成を図１及び図２を用いて説明する。電解槽１０は、ロワーブロック１１、陽極配置ブロック１２、中間ブロック１３、陰極配置ブロック１４、及びアッパーブロック１５から構成される。

　ロワーブロック１１は、電解槽１０の底板を成し、電解槽１０内に供給される溶融ガリウム及び電解液の重量を支持する。ロワーブロック１１は溶融ガリウムと直接接触するため、構成材料として、溶融ガリウムと反応せず且つロワーブロック１１自身も劣化しない耐食性材料（例えば、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等））が使用される。

　陽極配置ブロック１２は、ロワーブロック１１の上に積層され、電解槽１０内に陽極５０を配置するように機能する。陽極配置ブロック１２には、天地方向に陽極配置用の第１枠部１２ａが形成され、さらに側面に第１枠部１２ａへとつながる第１穴部１２ｂが形成されている。陽極５０は、チタン製のメッシュプレート５０ａとチタン製の陽極導線５０ｂとから構成されており、陽極５０を陽極配置ブロック１２に固定する際には、陽極導線５０ｂを第１穴部１２ｂに挿通しつつ、メッシュプレート５０ａを第１枠部１２ａに嵌合させる。これにより、陽極５０は陽極配置ブロック１２と一体化する。陽極５０の固定をより強固にする必要が場合には、さらにビス止め等を行うことができる。陽極配置ブロック１２も溶融ガリウムと直接接触するため、構成材料として、溶融ガリウムと反応せず且つ陽極配置ブロック１２自身も劣化しない耐食性材料（例えば、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等））が使用される。

　中間ブロック１３は、陽極配置ブロック１２の上に積層され、上述の陽極５０と後述する陰極６０とを確実に離間させるように機能する。陽極５０は溶融ガリウムに接触した状態にされている。このため、溶融ガリウムと電解液との界面が乱れた場合、短絡等のトラブルが発生することがある。そこで、中間ブロック１３には、ガリウムと電解液との界面を取り囲むように空間部１３ａが設けられている。これにより、ガリウムと電解液との界面は安定し、陰極６０がガリウムに触れることはない。中間ブロック１３の厚みは、陰極６０とガリウムの液面との離間距離が５～１０ｍｍ程度となるように設定することが好ましい。陰極６０とガリウムの液面との離間距離の下限値を５ｍｍとすることで、電極間の短絡を確実に防止しつつ、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物（ＴＭＧＥ）の工業的製造を行い得る。一方、陰極６０とガリウムの液面との離間距離の上限値を１０ｍｍとすることで、高品質なトリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物を確実に製造し得る。空間部１３ａの形状は、上述の第１枠部１２ａ及び後述の第２枠部１４ａと同形状とすることができる。ただし、空間部１３ａを第１枠部１２ａ及び第２枠部１４ａよりも若干小さくしておくことも有効である。この場合、中間ブロック１３が陽極５０及び陰極６０の押さえ部材として機能するため、構造がより安定する。中間ブロック１３は溶融ガリウム及び電解液と直接接触するため、構成材料として、溶融ガリウム及び電解液と反応せず且つ中間ブロック１３自身も劣化しない耐食性材料（例えば、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等））が使用される。

　陰極配置ブロック１４は、中間ブロック１３の上に積層され、電解槽１０内に陰極６０を配置するように機能する。陰極配置ブロック１４には、天地方向に陰極配置用の第２枠部１４ａが形成され、さらに側面に第２枠部１４ａへとつながる第２穴部１４ｂが形成されている。陰極６０は、チタン製のメッシュプレート６０ａとチタン製の陰極導線６０ｂとから構成されており、陰極６０を陰極配置ブロック１４に固定する際には、陰極導線６０ｂを第２穴部１４ｂに挿通しつつ、メッシュプレート６０ａを第２枠部１４ａに嵌合させる。これにより、陰極６０は陰極配置ブロック１４と一体化する。陰極６０の固定をより強固にする必要がある場合には、さらにビス止め等を行うことができる。陰極配置ブロック１４は電解液と直接接触するため、構成材料として、電解液と反応せず且つ陰極配置ブロック１４自身も劣化しない耐食性材料（例えば、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等））が使用される。

　アッパーブロック１５は、陰極配置ブロック１４の上に積層され、電解槽１０の天板を成す。アッパーブロック１５は電解液と直接接触するため、構成材料として、電解液と反応せず且つアッパーブロック１５自身も劣化しない耐食性材料（例えば、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等））が使用される。

　以上のロワーブロック１１、陽極配置ブロック１２、中間ブロック１３、陰極配置ブロック１４、及びアッパーブロック１５を、この順に下方から積層配置することにより、内部空間を備えた電解槽１０を構成することができる。積層後、各ブロックはビス止め等の機械的接合により固定されることが好ましいが、接着剤等による化学的接合でも構わない。各ブロックの積層配置の結果、陽極５０と陰極６０とが電解槽１０の深さ方向において積層配置されるため、電解槽１０の形状を有効に利用して両電極を配置し得る。例えば、比較的浅めの電解槽１０であっても、電解槽１０の底面に沿った形状の電極を積層配置することにより、電解槽１０の容量に対して十分な電気エネルギーを供給することが可能となるため、ガリウムと電解液との反応がより促進される。その結果、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物の品質及び生成量がより向上し、工業的製造を効率よく行い得る。なお、電極を積層配置する構成であれば、電解槽１０のサイズを深さ方向においてさらに縮小した場合でも、当該電極の構造を変更することなくそのまま使用できるため、設備コスト面でも有利である。

　電解槽１０の内部空間では、上述のように、溶融ガリウムと電解液とを電解反応させることにより、有機金属化合物であるトリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物の生成が行われる。ここで、電解槽１０には、溶融ガリウムが導入されるガリウム導入部１０ａ、及び内部空間に導入したガリウムを留めておく栓１０ｂが設けられている。また同時に、電解槽１０には、電解液が導入される電解液導入部１０ｃ、及び電解液が排出される電解液排出部１０ｄが設けられている。図２から理解されるように、ガリウム導入部１０ａは、アッパーブロック１５、陰極配置ブロック１４、中間ブロック１３、及び陽極配置ブロック１２に亘って管状に設けられており、陽極配置ブロック１２の内部においては第１枠部１２ａに接続するようにエルボ構造となっている。また、本実施形態の電解槽１０では、ガリウム導入部１０ａに対して点対称となる位置にも、アッパーブロック１５、陰極配置ブロック１４、中間ブロック１３、及び陽極配置ブロック１２に亘ってガリウム導入部１０ａと同様の管状構造が設けられている。ただし、アッパーブロック１５の管部は塞がれて栓１０ｂになっている。このため、内部空間に導入されたガリウムは、電解反応において消費されること以外で減少することはない。電解液導入部１０ｃは、ガリウム導入部１０ａと並列する位置に、アッパーブロック１５から陰極配置ブロック１４に亘って管状に設けられており、陰極配置ブロック１４の内部においては第２枠部１４ａに接続するようにエルボ構造となっている。電解液排出部１０ｄは、電解液導入部１０ｃに対して点対称となる位置に、アッパーブロック１５から陰極配置ブロック１４に亘って管状に設けられており、陰極配置ブロック１４の内部においては第２枠部１４ａに接続するようにエルボ構造となっている。電解反応に使用される電解液は、貯留槽２０から循環ポンプ４０によって供給され、電解液導入部１０ｃを通過して陰極６０のメッシュプレート６０ａ及び中間ブロック１３の空間部１３ａに行きわたり、電解液排出部１０ｄから排出された後、貯留槽２０に戻される。この電解液の循環は、電解反応が終了するまで継続される。

　本発明では、電解液の循環量を適量に調整することにより、電解液を電解槽１０に必要な分だけ供給できるため、貯留槽２０の無い電解生成装置と比べて、効率よく且つ確実に電解反応を発生させることが可能となる。その結果、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物の品質が安定し、生成量も増大する。また、電解反応に寄与しない電解液を貯留槽２０に蓄えておくことにより、電解槽１０を小型化できるので、電解槽１０内で十分に電解反応を進行させることができる。しかも、電解槽１０は設備の中では比較的高価であるため、電解槽１０を小型化することは装置全体の維持コスト削減に大きく貢献する。

　また、従来の電解槽では、電極から位置が離れているために反応が不十分となる液部分が存在していたが、本構成では電解液が循環しているため、十分に撹拌が行われ、未反応液は発生しない。そして、電解液の循環が繰り返されることにより、電解液全体の反応がさらに均一化され、高品質の有機金属化合物を効率良く得ることができる。なお、電解液の循環量を調整すれば、反応開始後から反応を制御することが容易となり、安全に且つ高品質の有機金属化合物を生成することができる。

　上記の電解槽１０及び貯留槽２０を備えた電解生成装置１００を使用し、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物（ＴＭＧＥ）を生成した。また、得られたトリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物から、最終目的である高純度のトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を生成した。これらの生成プロセスを、図３を参照し、以下に実施例として説明する。

＜電解工程＞
　電解反応の準備として、貯留槽２０に電解液としてグリニャールのジエチルエーテル溶液を用意する。電解槽１０に溶融状態のガリウムを導入し、陽極５０がガリウムの液面下になる所定量に達したら、循環ポンプ４０を作動させて貯留槽２０から送液管３０ａを経て電解槽１０に電解液を導入する。電解槽１０をオーバーフローした電解液は、送液管３０ｂから貯留槽２０に戻る。この状態で陽極５０及び陰極６０に電圧を印加する。印加電圧は約３０Ｖ（電流密度として２Ａ／ｄｍ^２）である。反応温度は約４０℃である。このとき、ジエチルエーテルの存在下でガリウムとグリニャールとが反応し、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物が生成する。トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物を含む電解液は貯留槽２０に戻される。

＜分留工程＞
　貯留槽２０の電解液には、未反応のグリニャールやジエチルエーテルの他、副生成物であるヨウ化マグネシウム（ＭｇＩ_２）やグリニャールを生成する段階で使用したヨウ化メチル（ＣＨ_３Ｉ）も含まれている。そこで、これら各成分を含有する電解液を分留する（分留工程）。電解液を徐々に昇温し、最終的に１８０℃まで加温する。なお、最終生成物であるトリメチルガリウムを得るために、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物の状態で分留を行う理由は、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物（沸点：約９８℃）とヨウ化メチル（沸点：約４３℃）とは沸点が離れており、両者の分離が容易なためである。ちなみに、トリメチルガリウムは沸点が約５６℃であるため、沸点が約４３℃であるヨウ化メチルから分離を試みた場合、トリメチルガリウムの収率が低下する。分留工程の結果、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物を含む分留物を得た。ただし、この分留物には、なお少量のジエチルエーテル及びヨウ化メチルが含まれている。そこで、ジエチルエーテルを追加して再度分留し（再分留工程）、ヨウ化メチルを完全に除去する。一方、分留工程後の残留物にはジエチルエーテル、グリニャール、ヨウ化メチル、及びヨウ化マグネシウムが含まれている。残留物に含まれる有機金属化合物は水及び酸で分解し、安定な化合物とする。残留物に含まれるヨウ素化合物は有用であるため、ヨウ素を回収し、再利用する。

＜単離工程＞
　次に、精製されたトリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物（再分留物）を予めイソアミルエーテルを入れておいた反応槽７０に移す。この溶液を７８℃、３０ｔｏｒｒにて減圧蒸留を行い、トリメチルガリウム・ジエチルエーテル付加物をトリメチルガリウムとジエチルエーテルとに分解するとともに、ジエチルエーテルを分離する。その後、低圧に戻し、１６８℃でトリメチルガリウムを留出（単離）させる。

＜精留工程＞
　得られた留出液には少量のイソアミルエーテル等が含まれている。そこで、留出液を精留塔８０に導入し、最終生成物であるトリメチルガリウムを得る。蒸留釜内の液温は約９０℃である。精留によって得られた高純度のトリメチルガリウムは、クリーンルーム（図示せず）にて容器に充填梱包される。ちなみに、本実施例で得られた高純度トリメチルガリウムは、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ－ＭＳ）、及び黒鉛炉原子吸光分析法（ＧＦＡＡＳ）による分析の結果、各種金属含有量（Ａｌ、Ｃａ、Ｃｄ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｃｕ）が０．１ｐｐｍ以下であった。

　本発明の電解生成装置１００は、電解液を循環する方式を採用していることに加え、電極が電解槽１０の深さ方向において積層配置されているため、電解反応時の電流効率が優れている。また、電解生成装置１００において、ガリウムの供給を側方から行えば、電解槽１０自体を積層することが可能となる。その結果、電解反応における有効面積を拡大することができ、工業的規模でのトリメチルガリウムの生産量確保が容易となる。従って、本発明を実施すれば、高純度のトリメチルガリウムの工業的製造が十分に可能である。

　本発明の電解生成装置は、エピタキシャル基板（ＧａＮ、ＧａＡｓ）、高周波デバイス、半導体レーザー、高輝度ＬＥＤ（青色、白色、紫外）等の製造において利用されるものである。

　１０　　　電解槽
　１１　　　ロワーブロック
　１２　　　陽極配置ブロック
　１３　　　中間ブロック
　１４　　　陰極配置ブロック
　１５　　　アッパーブロック
　２０　　　貯留槽
　３０　　　流体回路
　４０　　　循環ポンプ
　５０　　　陽極
　６０　　　陰極
　７０　　　反応槽
　８０　　　精留塔
　１００　　電解生成装置

Claims

　金属と有機化合物を含有する電解液との電解反応により有機金属化合物を生成する電解生成装置であって、
　前記金属が融点以上の溶融金属として導入されるとともに、前記電解液が供給される、陽極及び陰極を設けた電解槽と、
　前記電解液を貯留する貯留槽とを備え、
　前記電解槽の内部において、前記陽極及び前記陰極は、それぞれ、前記溶融金属及び前記電解液と接触状態に配置され、
　前記電解槽と前記貯留槽との間で前記電解液が循環される電解生成装置。
　前記陽極及び前記陰極は、それぞれ、前記溶融金属及び前記電解液に完全に浸漬するように、前記電解槽の深さ方向において積層配置され、前記陰極は前記溶融金属の液面から離間されている請求項１に記載の電解生成装置。
　前記陰極と前記溶融金属の液面との離間距離が５～１０ｍｍに設定されている請求項１又は２に記載の電解生成装置。
　前記金属はガリウムであり、前記電解液はグリニャールのジエチルエーテル溶液であり、前記有機金属化合物はアルキルガリウム・ジエチルエーテル付加物である請求項１～３の何れか一項に記載の電解生成装置。