JP2566762C

JP2566762C -

Info

Publication number: JP2566762C
Authority: JP
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Publication date: 1998-10-15

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電子写真感光体に関し、より詳細には負極性帯電能に優れるとともに
光減衰、暗減衰等の電子写真特性に優れた電子写真感光体及びその製造方法に関
する。〔従来技術及びその問題点〕近年、超高速複写機やレーザービームプリンタなどの開発が活発に進められて
おり、これにともなってこの機器に搭載される電子写真感光体ドラムに安定した
動作特性及び耐久性が要求されている。この要求に対して水素化アモルファスシリコンが耐摩耗性、耐熱性、無公害性
並びに光感度特性等に優れているという理由から注目されている。かかるアモルファスシリコン（以下、ａ−Siと略す）から成る電子写真感光体
には第２図に示す通りの積層型感光体が提案されている。即ち、第２図によれば、アルミニウムなどの導電性基板（１）上にキャリア注
入阻止層（２）、ａ−Si光導電層（３）及び表面保護層（４）を順次積層してお
り、このキャリア注入阻止層（２）は基板（１）からのキャリアの注入を阻止す
ると共に残留電位を低下させるために形成されており、そして、表面保護層（４
）には高硬度な材料を用いて感光体の耐久性を高めている。ところが、このａ−Si感光体によれば、ａ−Si光導電層（３）自体が有する暗
抵抗率が10¹¹Ω・cm以下であり、これにより、この感光体の暗減衰率が大きくな
ると共にそれ自体の帯電能を高めることが難しくなり、その結果、この感光体を
高速複写用に用いた場合には光メモリ効果により先の画像が完全に除去されずに
残留し、次の画像形成に伴って先の画像が現れる（ゴースト現象）と言う問題が
ある。しかも、従来の第２図のａ−Siから成る感光体では帯電電位が−400 〜−500V
と低く、電子写真法のうえで、種々の制限を受けている。しかも成膜速度が遅い
ために量産性が難しく、高価なものとなっているのが現状である。〔発明の目的〕従って、本発明の目的は、従来のａ−Si感光体と同等の耐久性を有し乍らも優
れた負帯電能を有する機能分離型電子写真感光体を提供するにある。本発明の他の目的は、感光体の製造時の成膜速度を向上させることによって、
量産性、経済性に優れた電子写真感光体に関する。即ち、本発明によれば、導電性基板上に周期律表第V a 族元素を有するアモル
ファスシリコンを主体としてなるキャリア注入阻止層と、アモルファスシリコン
を主体としてなるキャリア輸送層と、アモルファスシリコンカーバイドを主体と
して成るキャリア発生層および表面保護層を順次形成したことを特徴とする負極
性に帯電可能な電子写真感光体が提供される。以下、本発明を詳述する。本発明の電子写真感光体は第１図に示す構造を基本とする機能分離型積層感光
体である。第１図によれば、本発明の感光体は導電性基板（１）上にキャリア注入阻止層
（２）、キャリア輸送層（3a）、キャリア発生層（3b）および表面保護層（４）
を順次設けて成るものであって、キャリア注入阻止層（２）は導電性基板（１）
からキャリア輸送層（3a）へのキャリア注入を阻止するために設けるものであっ
て、表面保護層（４）は、感光体の耐久性、耐環境性を向上させることを目的と
して設けられる。これを第１図の構成の感光体を例にとってその電子写真特性を第３図（ａ）及
び（ｂ）をもとに説明すると、まずコロナ放電等の帯電手段による負帯電を施す
（第３図（ａ）参照）。次に露光を行うと、キャリア発生層（3b）に電子と正孔
が発生し、正孔は感光体表面の負電荷と中和し、電子は輸送層を移行して基板側
に注入接地され、露光部の全体として電荷は零となる。（第３図（ｂ）参照）。本発明によれば前述の層構成のうち、キャリア注入阻止層（２）として周期律
表第V a 族元素を含有するアモルファスシリコンを用い、キャリア輸送層（3a）
としてアモルファスシリコン（以下、ａ−Siと略す）を用い、キャリア発生層（
3b）としてアモルファスカーバイド（以下、ａ−SiC と略す）を用いることが重
要である。キャリア注入阻止層（２）は帯電極性に応じ整流作用を成すことが必要である
。本発明の負極性に帯電可能な感光体では、このキャリア注入阻止層に周期率表
第V a 族元素を添加することによって、ｎ型半導体を形成する。キャリア注入阻止層におけるａ−Siは、ダングリングボンドを終端させる目的
でＨあるいはハロゲン元素を添加されており、その量は全体量に対し５乃至50原
子％、特に10乃至40原子％の範囲で添加される。一方、添加される周期律表第V a 族元素としてはP,N,As,Sb が挙げられＰが望
ましい。これらはキャリア注入阻止層に0.1 乃至10000ppm、特に0.5 乃至1000pp
m の範囲で含有させることが望ましい。なお、キャリア注入阻止層には特に酸素及び／又は窒素を0.01乃至30原子％の
範囲で含有させることにより、導電性基板（１）との密着性を向上させることが
できる。キャリア輸送層におけるａ−Siは下記式（１） Si_(1-Z)A_z……（１）式中、ＡはＨ又はハロゲン元素 0.05≦ｚ≦0.5 特に0.1 ≦ｚ≦0.4 で表されるものが好ましい。なお、このキャリア輸送層においてもＢ、Al、Ga、
Inなどの周期率表第III a 族元素を10000ppm以下、特に1000ppm 以下の量でドー
ピングすることができる。この周期律表第III a 族元素の添加によってキャリア
輸送層中でのキャリア移動度を上げることができ、それにより表面電位、感度を
向上させるとともに残留電位を低減することができる。キャリア発生層において用いられるａ−SiC は具体的には下記式（２）｛Si_(1-X)C_X｝_(1-Y)A_Y…（２）式中、ＡはＨ又はハロゲン元素 0.01≦ｘ≦0.9 特に、0.05≦ｘ≦0.5 0.05≦ｙ≦0.5 特に、0.1 ≦ｙ≦0.4 で表される。キャリア発生層においても前述した周期律表第V a 族元素を10000ppm以下、特
に0.5 乃至1000ppm の範囲で含有させることにより、キャリア発生層はｎ型半導
体となり、近赤外線領域の光波長に対する分光感度を向上させるとともに負帯電
能を向上することができる。本発明によれば、キャリア発生層、キャリア注入阻止層に添加する周期律表第
V a 族元素は各層において前述した効果を奏するが、それとともに半導体として
の特性上、エネルギーバンドをｎ型へシフトさせる作用を為す。よってキャリア注入阻止層、キャリア発生層に対し、周期率表第V a 族元素を
添加する場合、各層における添加量をP1,P2,としたとき、P1＞P2の関係を満足す
ることが重要である。この関係を満足しない場合は、キャリアの移動において、
各層間の界面においてエネルギー的障壁が形成され、キャリアの注入が困難とな
る。また、表面保護層にはそれ自体高絶縁性、高耐蝕性及び高硬度特性を有するも
のであれば種々の材料を用いることができ、例えば、ポリイミド樹脂などの有機
材料、SiO₂,SiO,Al₂O₃,SiC,Si₃N₄、非晶質カーボンを用いることができる。前述したこれらの４層の層厚は各々の機能を十分に果たすように決定され、特
にキャリア輸送層はキャリア発生層よりも大きくなるように設定され、キャリア
輸送層の厚みが小さいと帯電の保持能力が低下し、優れた帯電能が得られない。
具体的にはキャリア注入阻止層0.1 乃至10μｍ、キャリア輸送層が10乃至50μｍ
、キャリア発生層が0.1 乃至10μｍ、表面保護層が0.1 乃至10μｍに設定するのが望ましい。本発明の感光体の製造方法によれば、無機質の感光体の生成にはグロー放電分
解法、イオンプレーティング法、反応スパッタリング法、真空蒸着法、CVD 法等
の薄膜形成技術を用いることができ、例えば本発明の感光体のうち前述したよう
なキャリア発生層を形成する際は、グロー放電分解法が望ましい。そこでグロー
放電分解法による製造方法をより詳細に説明すると、用いられる反応ガスとして
はSiH₄,Si₂H₆,Si₃H₈,SiF₄,SiCl₄,SiH₂Cl₂などのSi系ガス、CH₄,C₂H₄,C₂H₂,C₂H₆
，C₃H₈,CF₄,CCl₄などのＣ系ガス、所望によりH₂,He,Ne,Ar などをキャリアーガ
スとして用いることができ、さらに周期律表第III a 族あるいは第V a 族元素含
有ガスを含有させる。用いられる周期律表第III a 族元素含有ガスとしてはB₂H₆,BF₃，Al（CH₃）₃,G
a（CH₃）₃,In（CH₃）₃,Ga（CH₃）₃等が挙げられ、これらの中でもB₂H₆が取扱い
、成膜速度の点で好ましい。また周期律表第V a 族元素含有ガスとしてはPH₃,N₂
,AsH₃,AsF₃,SbF₃等が上げられこれらの中でもPH₃が取扱い、成膜速度の点で好ま
しい。これらは反応ガス中に１モル％以下、特に0.1 モル％以下の割合で含有す
るのが望ましい。これらのガスは、各々の層の形成に応じて適宜調整される。まず、キャリア注
入阻止層形成時は、Si含有ガスおよび10^-6乃至１モル％、特に10^-5乃至0.1 モル
％の割合で周期律表第V a 族元素含有ガスを用いて、膜形成を行う。キャリア輸
送層形成時はSi含有ガスを用いてさらにキャリア発生層形成時にはSi含有ガス、
Ｃ含有ガスを用いて膜形成を行なう。なお。キャリア発生層形成時、Ｃ含有ガス
としてC₂H₂ガスを用いると成膜速度を向上させることができる。特に（C₂H₂ガス
:Si 含有ガス）組成比が0.05:1乃至3:1 であることが望ましい。なお、これらの反応ガス組成に対しては前述したキャリアガスをさらに添加し
た方が膜質の安定化の点から望ましい。さらに所望によりキャリア輸送層、キャ
リア発生層形成時において、周期律表第III a 族元素含有ガスあるいは周期率表
第V a 族元素含有ガスを前述した範囲で添加することが望ましい。なお、周期律
表第V a 族元素を各層に添加する場合は前述したように各層の添加層がP1＞P2の
関係になるように各々の層の形成時の周期率表第V a 族元素含有ガスの比率を調
整することが必要である。次に本発明の実施例に用いられる容量結合型グロー放電分解装置を第４図によ
り説明する。なお周期律表第V a族元素含有ガスとしてはPH₃,周期律表第III a族元素含有ガ
スとしてB₂H₆ガスを用いて例示する。図中、第１、第２、第３、第４、第５タンク（６）（７）（８）（9a）（9b）
にはそれぞれSiH₄,C₂H₂,PH₃あるいはB₂H₆,H₂,NOガスが密封されており、H₂はキ
ャリアーガスとしても用いられる。これらのガスは対応する第１、第２、第３、
第４、第５調節弁（10）（11）（12）（13a）（13b）を解放することにより放出
され、その流量がマスフローコントローラ（14）（15）（16）（17a）（17b）に
より制限されてメインパイプ（18）へ送られる。尚、（19）は止め弁である。メインパイプ（18）を通じて流れるガスは反応管（20）へと送り込まれるが、
この反応管内部には容量結合型放電用電極（21）が設置されており、これに印加
される電力は50W 乃至3kW が、その周波数は1MHz乃至50MHz が適当である。反応
管（20）の内部には、アルミニウムから成る筒状の成膜用導電性基板（22）が試
料保持台（23）の上に載置されており、この保持台（23）はモーター（24）によ
り回転駆動されるようになっており、そして、基板（22）は適当な加熱手段によ
り約50乃至400 ℃、好ましくは約150 乃至300 ℃の温度に均一に加熱される。更に、反応管（20）の内部はａ−Si膜又はａ-SiC 膜等の形成時に高度の真空
状態（放電圧0.1 乃至2.0Torr ）を必要とすることにより拡散ポンプ（25）と回
転ポンプ（26）に連結される。以上のように構成されたグロー放電分解装置において、例えばＰがドーピング
されたａ−SiC 膜を形成するに当たって、第1,第2,第3,第４調整弁（10）（11）
（12）（13a）を解放して第1,第2,第3,第４タンク（６）（７）（８）（9a）よ
りそれぞれSiH₄ガス、C₂H₂ガス、PH₃ガス及びH₂ガスを放出い、これらの放出量
はマスフローコントローラ（14）（15）（16）（17a）により規制されてメイン
パンプ（18）を介して反応管（20）へと送り込まれ、そして、反応管（20）の内
部が0.1 乃至2.0Torr の真空状態、基板温度が50乃至400 ℃、容量型放電用電極
（21）に周波数1MHz乃至50MHz の高周波電力が50W 乃至3kW 印加されるのに相ま
ってグロー放電が起こり、ガスが分解してＰ含有のａ-SiC 膜が基板上に高速で
形成される。なお、本発明による感光体における層構成中、有機材料を用いる場合はいずれ
も周知の手段によって形成することができ、具体的には、高分子材料あるいは有
機顔料、有機染料等を揮発性溶媒中に溶解又は分散した塗布液を用いて、浸漬法
、ドクターブレード法等によって設けることができる。〔実施例〕以下、本発明を実施例により説明する。（感光体の製造例１）ダイヤモンドバイドを用いた超精密旋盤により鏡面に仕上げた基板用のアルミ
ニウム製ドラムを、有機溶剤を用いた超音波洗浄及び蒸気洗浄、次いで乾燥を行
って洗浄し、第４図に示した容量結合型グロー放電分割装置の反応管（20）内に
設置した。そして、第１タンク（６）にSiH₄ガス、第２タンク（７）にC₂H₂ガス、第３タ
ンク（８）にB₂H₆ガス、あるいはPH₃ガス、第４タンク（9a）にH₂ガス、第５タ
ンク（9b）にNOガスを設置して第１表に示す流量で反応ガスを流して、導電性基
板上にキャリア注入阻止層としてａ−Si:H:P:O:N、キャリア輸送層としてａ−Si
:H（ｚ≒0.2 ）、キャリア発生層としてａ−SiC:H、（ｘ≒-0.25、ｙ≒0.3 ）表
面保護層としてSiC を設け、厚み29.6μｍの感光体１を得た。（製造例２）製造例１と同様にして、第２表に示す流量で反応ガスを導入し、ａ-Si:H:P:O:
Nのキャリア注入阻止層、ａ-Si:H:B（ｚ≒0.2,B:約3ppm）のキャリア輸送層、ａ
−SiC:H（ｘ≒0.25,y≒0.3 ）のキャリア発生層、およびSiC の表面保護層を順
次設け、33.6 μｍの感光体２を得た。（製造例３）製造例１と同様にして第３表に示す流量で反応ガスを導入し、ａ−Si:H:P:O:N
のキャリア注入阻止層、ａ−Si:H:B（ｚ≒0.2,B:約3ppm）のキャリア輸送層、ａ
−SiC:H:P（ｘ≒0.25,y≒0.3、B:約1ppm）のキャリア発生層、およびSiC の表面
保護層を順次設け、29.6μｍの感光体３を得た。得られた３種の感光体に対し、−5.6kV のコロナ放電を行い表面電位、650nm
の単色光（0.3 μW/cm²）に対する光感度、残留電位を測定した。結果は第４表に示す。表からも明らかなように、-600V以上の高い表面電位が得られ、光感度0.58cm²
/erg 以上、残留電位−45V 以下の優れた特性を示した。〔発明の効果〕以上、詳述したように、本発明の感光体は機能分離型積層感光体でなり、導電
性基板上に周期律表第V a 族元素を含有するアモルファスシリコンを主体として
なるキャリア注入阻止層と、アモルファスシリコンを主体としてなるキャリア輸
送層と、アモルファスシリコンカーバイドを主体としてなるキャリア発生層およ
び表面保護層を順次形成することによって高い負極性帯電能を得ることができる
とともに光感度、残留電位においても実用上支障のない特性を得られ、しかも耐
久性に優れた感光体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例に用いられる感光体の層構成を示す断面図、第２図は感
光体の一般的な層構成を示す断面図、第３図（ａ）および（ｂ）は本発明の電子
写真特性を説明するための図、第４図は本発明の実施例に用いられる容量結合型
グロー放電分解装置の説明図である。１……基板２……キャリア注入阻止層３……光導電層 3a……キャリア輸送層 3b……キャリア発生層４……表面保護層

Claims

【特許請求の範囲】（１）導電性基板上に周期律表第V a 族元素を含有するアモルファスシリコンを
主体として成るキャリア注入阻止層と、アモルファスシリコンを主体として成る
キャリア輸送層と、下記式で規定されるアモルファスシリコンカーバイドを主体
として成るキャリア発生層および表面保護層を順次形成するとともに、上記キャ
リア発生層に周期律表第V a 族元素をキャリア注入阻止層と比べ少なく含有させ
るか、もしくは実質含有しないことを特徴とする負極性に帯電可能な電子写真感
光体。〔Si_(1-X)C_X〕_(1-Y)A_Y 式中、ＡはＨ又はハロゲン元素 0.01≦Ｘ≦0.9 0.05≦Ｙ≦0.5 （２）前記キャリア輸送層が下記式Si_(1-Z)A_Z 式中、ＡはＨ又はハロゲン元素 0.05≦Ｚ≦0.5 で表わされるアモルファスシリコンから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の電子写真感光体。（３）前記キャリア輸送層が周期律表第III a 族元素を含有する特許請求の範囲
第１項記載の電子写真感光体。