JP3102725B2 - 光受容部材及びその製造方法 - Google Patents

光受容部材及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光（ここでは広義の光
であって、紫外線、可視光線、赤外線、Ｘ線、γ線等を
意味する。）のような電磁波に対して感受性のある光受
容部材に関し、更に詳述すれば電子写真複写機等の像形
成分野において重要な光受容部材及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】像形成分野において、光受容部材におけ
る光受容層を形成する光導電材料としては、高感度で、
ＳＮ比［光電流（Ｉｐ）／暗電流（Ｉｄ）］が高く、照
射する電磁波のスペクトル特性に適合した吸収スペクト
ルを有すること、光応答性が早く、所望の暗抵抗を有す
ること、使用時において人体に対して無害であること等
が要求される。特に、事務機としてオフィスで使用され
る電子写真複写機内に組み込まれる電子写真用光受容部
材の場合には、上記の使用時における無公害性は重要な
点である。
【０００３】このような点に立ち、最近注目されている
光導電材料にアモルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓ
ｉ」と表す）があり、例えば特開昭５４−８６３４１号
公報に電子写真用光受容部材としての応用が記載されて
いる。
【０００４】図１は、従来の電子写真用光受容部材１０
４の層構成を模式的に示しており、１０１は導電性基
体、１０２はａ−Ｓｉからなる光受容層、１０３は表面
保護層である。こうした電子写真用光受光部材は、一般
的には導電性基体１０１を５０〜４００℃に加熱し、該
導電性基体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオン
プレーティング法、熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法等の成膜法によりａ−Ｓｉからなる光受容層１
０２を積層して作製する。なかでもプラズマＣＶＤ法、
すなわち原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ
波グロー放電によって分解し、導電性基体上にａ−Ｓｉ
堆積膜を形成する方法が好適なものとして実用化されて
いる。
【０００５】一方、アモルファス炭化シリコン（以下
「ａ−ＳｉＣ」と表す）は、耐熱性や表面硬度が高いこ
と、ａ−Ｓｉと比較して高い暗抵率を有すること、炭素
の含有量により光学的バンドギャップが１．６〜２．８
ｅＶの範囲にわたって変えられること等が知られてい
る。このようなａ−ＳｉＣによって光導電層を構成する
電子写真用光受容部材が、特開昭５４−１４５５４０号
公報において提案されている。当該公報において、炭素
を化学修飾物質として０．１〜３０原子％含むａ−Ｓｉ
を電子写真用光受容部材の光導電層として使用すること
により暗抵抗が高く、光感度の良好な優れた電子写真特
性を示すことが記載されている。
【０００６】従来のａ−Ｓｉ材料で構成された光導電性
を有する電子写真用光受容部材は、暗抵抗値、高感度、
光応答性等の電気的、光学的、光導電特性、及び使用環
境特性の点、さらには経時安定性及び耐久性の点におい
て、各々には特性の向上が図られているが、総合的な特
性向上を図る上でさらに改良される余地が存在するのが
実状である。
【０００７】また、ａ−Ｓｉ材料で光導電部材を設計す
る際に、上記した様な所望の特性が得られるように工夫
する必要がある。
【０００８】そこで、光導電部材において炭素原子を含
有させた層設計をすることにより、帯電処理の際の電荷
保持能に優れ、画像形成への残留電位の影響が少なく、
多湿雰囲気中でもその電気的特性が安定しており高感度
で、高ＳＮ比を有するものであって耐光疲労、繰り返し
使用性に著しく優れ、硬度が高く、ハーフトーンが鮮明
にでて、且つ解像度が高い、高品質の可視画像を得るこ
とができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン原子の含有量に対する炭素原子の含有量の変化にとも
なって、ボロン原子の含有量が変化するため、層設計が
非常に困難であった。従来は電子写真用光受容部材を作
製し、その電子写真特性を評価することによって、実験
的に層構成の決定、及び層設計を行ってきた。
【００１０】総合的な特性向上の為にも、簡単な方法で
層設計が行えることが必要とされている。
【００１１】［発明の目的］本発明の目的は、炭素、ボ
ロン原子を含有した水素化アモルファスシリコンからな
る光導電層を有する光受容部材において、シリコン原子
の含有量に対する炭素原子の含有量の変化と、ボロン原
子の含有量の変化を制御することにより、従来のように
いちいち実験的に作製して評価する手間と時間を節減
し、所望の層設計を容易に行う方法、及びそれによる特
性の優れた光受容部材を提供することにある。
【００１２】すなわち、本発明は、層設計を容易にする
ことにより、ａ−Ｓｉ材料で構成された光導電性を有す
る電子写真用光受容部材において、暗抵抗値、高感度、
光応答性等の電気的、光学的、光導電特性、及び使用環
境特性の点、さらには経時安定性及び耐久性の点が優
れ、さらに、光導電部材において炭素原子を含有させた
層設計をすることにより、従来に比べ特に帯電処理の際
の電荷保持能に優れ、また画像形成への残留電位の影響
が少なく、多湿雰囲気中でもその電気的特性が安定して
おり高感度で、高ＳＮ比を有するものであって耐光疲
労、繰り返し使用性に著しく優れ、硬度が高く、ハーフ
トーンが鮮明にでて、且つ解像度が高い、高品質の可視
画像を得ることができる様な特性が得られる電子写真用
光受容部材を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、導電性基体の上に、シリコン
原子を母体とする非単結晶材料で構成された水素化アモ
ルファスシリコンの光導電層、表面層を順次積層した光
受容部材であって、前記光導電層は、少なくとも該導電
性基体側に向かって含有量が多くされた炭素原子、ボロ
ン原子を含有し、該光導電層中の膜厚方向における炭素
原子含有量（Ｘ）（原子％）とボロン原子含有量（Ｙ）
（原子ｐｐｍ）の関係が、
【００１４】
【数１】 の指数関数関係になっていることを特徴とする光受容部
材を提供するものである。
【００１５】また、前記式（１）の定数Ａ，Ｂが、Ａ＝
６．２±０．５，Ｂ＝−５．４±０．９であることを特
徴とする。
【００１６】また、本発明は、導電性基体上に、該導電
性基体側に向かって多く含有された炭素原子及びボロン
原子を含有した水素化アモルファスシリコンの光導電層
を有する光受容部材を製造する方法として、ＣＶＤ法に
おいて、前記炭素原子の原料ガスの仕込量に対して、前
記ボロン原子の原料ガスの仕込み量を、
【００１７】
【数２】 （ただし、Ｘは前記炭素原子の原料ガス仕込み量
（％）、Ｙはボロン原子の原料ガス仕込み量（ｐｐ
ｍ）、Ａ，Ｂは定数である。）の指数関数関係になるよ
うに制御して成膜することを特徴とする光受容部材の製
造方法を提供する。
【００１８】
【作用】本発明によれば、光導電層中の膜厚方向におけ
る炭素原子含有量（Ｘ）（原子％）とボロン原子含有量
（Ｙ）（原子ｐｐｍ）の関係が、
【００１９】
【数１】 の指数関数関係になっていることを特徴とする光受容部
材とすることにより、従来、実験的にサンプルを製作し
て特性を評価することにより炭素原子含有量とボロン原
子含有量を決定する方法に比べ、実験による手間と時間
を省くことができる。
【００２０】また、前記炭素原子の原料ガスの仕込量に
対して、前記ボロン原子の原料ガスの仕込み量を、上述
した式（１）から計算して求め、ボロン原子の原料ガス
の仕込み量を、その計算値に制御しながら成膜すること
により、理想的な層設計を簡単に、確実に実現すること
ができる。
【００２１】以下、本発明の手段の作用について、以下
の実験を参照しながら更に詳しく説明する。
【００２２】［実験例１］上記目的を達成するために、
まず光導電層中の炭素原子含有量とボロン原子の含有量
の関係を求める必要がある。このために、図２に示す層
構成の光受容部材を作製し、その光導電層（２０１）中
の炭素原子、及びボロン原子の含有量を変化させ、その
ときに電荷の走行性が等しくなる関係を求める実験を行
なった。
【００２３】図２において、２０４は導電性基体、２０
１は光導電層、２０２はノンドープの光導電層、２０３
は表面保護層、２０５は以上の各層からなる電子写真用
光受容部材である。
【００２４】本実験例１では、炭素原子の原料ガスとし
てメタンガスを用い、ボロン原子の原料ガスとしてジボ
ランガスを用いて、光導電層中にそれぞれの原子を導入
した。
【００２５】図３は、メタンガスの仕込量に対する膜中
の炭素原子の含有量の関係を示す図であり、図４は、ジ
ボランガスの仕込量に対する膜中のボロン原子の含有量
の関係を示す図である。また、上述した電荷の走行性が
等しくなる関係としては、膜中に炭素原子の含有量が増
加すると、それにともない膜は高抵抗化する。また、炭
素原子の含有量が増すことは即ち、構造がＳｉ：Ｈから
ＳｉＣ：Ｈに近づくことになる。したがって、光学的バ
ンドギャップが広がり、高抵抗化し、電荷の走行性が悪
くなってくる。それをボロン原子をドープする事によ
り、フェルミエネルギーを変化させて、活性化エネルギ
ーが等しくなるようにする。それにより、電荷の走行性
が等しい電子写真用光受容部材が作製できる。走行性は
Ｔ．Ｏ．Ｆ法により評価した。正孔の走行性は、約０．
７〜１．３×１０-3ｃｍ2 ／Ｖ・ｓの間に入るように作
製した。
【００２６】図３、図４からわかるように、原料ガスの
仕込量に対して膜中の含有量は比例関係になっている。
従って、仕込量を調節して、例えば指数関数関係になる
ようにガスの仕込み量を調節して成膜することにより、
膜中の炭素原子や、ボロン原子の含有量も指数関数関係
に変化させることができることがわかる。
【００２７】特に特性の優れた光受容部材を、ＳＩＭＳ
等を用いて組成分析すると、含有する炭素原子の原子％
（Ｘ）とボロン原子の原子ｐｐｍ（Ｙ）との間の関係
は、
【００２８】
【数１】 となる。但しＡ，Ｂは定数である。本装置により作成し
た光受容部材によって求めたところＡ＝6.2 ±0.5 、Ｂ
＝-5.4±0.9 が得られた。
【００２９】従って、（１）式のような光受容部材とす
ることにより、サンプルを作製して実験しなくても、特
性の優れた光受容部材を確実に得ることができる。
【００３０】また、このような本発明の光受容部材を製
造する方法として、ジボランガス等のボロン原子の原料
ガスの仕込み量を、メタンガス等の炭素原子の原料ガス
に対して式（１）に示すような指数関数的に変化させて
成膜することにより、作製された光受容部材の光導電層
中のボロン原子と炭素原子の関係を上記の式（１）に従
うように含有させて成膜することができ、これにより、
電子写真特性を満足する電子写真用光受容部材を提供す
ることができるものである。
【００３１】なお、本発明では更に、酸素原子、弗素原
子等を含有させることも可能であり、その時には新たに
関係式を導く必要がある。
【００３２】［実施態様例］次に、本発明により、実際
に電子写真用光受容部材を作製する場合の実施態様例に
ついて、以下に説明する。
【００３３】本発明に用いる導電性基体としては、例え
ば、Ｎｉ、Ｃｒ、ステンレス、Ａｌ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ、Ｆｅ等の金属または
これらの合金が挙げられる。中でも、Ａｌは、適度な強
度を備え、さらに加工性も優れ、製造上、及び取扱い上
の点から、本発明には好ましい。導電性基体としてＡｌ
を用いた場合、切削性を向上させるため、１〜１０重量
％のマグネシウムを含有させることが望ましい。更に、
マグネシウム含有前のアルミニウムの純度としては、９
８重量％以上、好ましくは９９重量％以上のものが本発
明では効果的である。
【００３４】導電性基体の形状は、円筒状、ベルト状、
板状等任意の形状であることができるが、用途、所望に
よってその形状は適宜に決定できるものである。例えば
図１の光受容部材１０４を電子写真用像形成部材として
使用するのであれば、連続高速複写の場合には、無端ベ
ルト状または円筒状とするのが望ましい。
【００３５】導電性基体の厚さは、所望通りの光受容部
材を形成し得る様に適宜決定するが、光受容部材として
可撥性が要求される場合には、導電性基体としての機能
が十分発揮される範囲で可能な限り薄くすることができ
る。しかしながら、導電性基体の製造上及び取扱い上、
機械的強度等の点から通常は１０μｍ以上とされるのが
望ましい。
【００３６】本発明の光受容部材は、その製法において
はＲＦ放電法、マイクロ波放電法等によって成される。
【００３７】ＲＦ放電法やマイクロ波放電法の様にプラ
ズマＣＶＤ法の場合は、シラン（ＳｉＨ4 ）、四フッ化
珪素（ＳｉＦ4 ）等のシリコン原子含有ガス、及び／又
はメタン（ＣＨ4 ）、エチレン（Ｃ2 Ｈ4 ），アセチレ
ン（Ｃ2 Ｈ2 ）等の炭素原子含有ガス、またジボラン
（Ｂ2 Ｈ6 ）、フッ化ホウ素（ＢＦ3 ）等のボロン原子
含有のドーパントガスを導入して用いることが有効であ
る。
【００３８】マイクロ波放電法においては、上記の方法
と共に放電空間中に電界を形成してイオンを効果的に導
電性基体表面に到着させることにより制御の効果がより
大きなものとなる。
【００３９】本発明において、光導電層を形成する際に
使用される希釈ガスとしては、水素（Ｈ2 ）、アルゴン
（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等が挙げられる。一酸化炭
素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）等酸素原子を含む原
料ガス、ＳｉＦ4 等の弗素原子含有ガスを導入して用い
ることも本発明は有効である。または、これらの混合ガ
スを光導電層の形成時に同時に導入しても本発明は同様
に有効である。
【００４０】本発明の光導電層を形成する際の導電性基
体温度としては、光導電層の形成法に併せて適宜最適範
囲が選択されて光導電層の形成が実行されるが、通常の
場合、５０〜３５０度、好適には１００〜３００度とさ
れるのが望ましいものである。
【００４１】また、光導電層の形成には、層を構成する
原子の組成比の微妙な制御や層厚の制御がほかの方法に
較べて比較的容易であること等のために、ＲＦグロー放
電法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法の採用が有利である
が、これらの層形成法で光導電層を形成する場合には、
前記の導電性基体温度と同様に層形成の際の放電パワ
ー、ガス圧が作成される光受容部材の特性を左右する重
要な因子の１つである。
【００４２】本発明の光受容部材を生産性良く効果的に
作成するための放電パワー条件としては、導電性基体１
個当り、通常、１０〜５０００Ｗ、好適には２０〜２０
００Ｗとされるのが望ましい。マイクロ波放電法では
０．２ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ、好適には１ｍＴ
ｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ程度とされるのが望ましい。
【００４３】［製造方法］次に、本発明に用いたマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法により形成される光導電部材の製
造方法について説明する。
【００４４】図５に円筒形導電性基体を用いマイクロ波
プラズマＣＶＤ法により電子写真用光受容部材の製造装
置を示す。なお、図５は同装置の立面図、図６は平面図
である。
【００４５】図５，図６において、５０１は反応容器で
あり、真空気密化構造を成している。また、５０２は、
マイクロ波電力を反応容器５０１内に効率よく透過し、
かつ真空気密を保持し得るような材料（例えば石英ガラ
ス、アルミナセラミックス等）で形成されたマイクロ波
導入誘電体窓である。５０３はマイクロ波電力の伝送を
行う導波管であり、マイクロ波電源から反応容器近傍ま
での矩形の部分と、反応容器に挿入された円筒形の部分
からなっている。導波管５０３はスタブチューナー（図
示せず）、アイソレーター（図示せず）とともにマイク
ロ波電源（図示せず）に接続されている。誘電体窓５０
２は反応容器内の雰囲気を保持するために導波管５０３
の円筒形の部分内壁に気密封止されている。５０４は一
端が反応容器５０１に開口し、他端が排気装置（図示せ
ず）に連通している排気管である。５０６は導電性基体
５０５により囲まれた放電空間を示す。電源５１１はガ
ス導入管兼バイアス電極５０８に電圧を印加するための
電源（バイアス電源）であり、電極５０８に電気的に接
続されている。
【００４６】こうした電子写真用光受容部材の製造装置
を使用した電子写真用光受容部材の製造は以下のように
して行う。
【００４７】まず、真空ポンプ（図示せず）により排気
管５０４を介して、反応容器５０１を排気し、反応容器
５０１内の圧力を１×１０-7Torr以下に調整する。
【００４８】ついでヒーター５０７により、導電性基体
５０５の温度を所定の温度に加熱保持する。そこで光導
電層の原料ガスを不図示のガス導入手段を介して導入す
る。即ち、ａ−Ｓｉ（Ｈ、Ｘ）の原料ガスとしてシラン
ガス、ドーピングガスとしてジボランガス、希釈ガスと
してヘリウムガス等の原料ガスがガス導入管兼バイアス
電極５０８より反応容器５０１内に導入される。
【００４９】本発明では、コンピューターにより導入す
る相互のガス流量を精密に計算しながら、コンピュータ
ー制御の精密ガス流量計によってガス流量の制御を行い
ながら成膜する事により光導電層を成膜する。図７は本
発明の原料ガス流量制御手段を示す模式図であり、図に
おいて、ガス導入手段は、ガスボンベ６０１と圧力制御
装置６０２を介してバルブ６０３に接続され、コンピュ
ーターによって制御される精密ガス流量計６０４によっ
て、常に流量を制御しながらバルブ６０５を介してガス
導入管兼バイアス電極５０８に接続される。また、原料
ガスを導入する前にはバルブ６０６を介して専用の排気
ポンプで配管内のガスを排気した後、原料ガスを導入で
きるようにしてある。
【００５０】また、それと同時併行的にマイクロ波電源
（図示せず）により周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波
を発生させ、導波管５０３を通じ、誘電体窓５０２を介
して反応容器５０１内に導入される。
【００５１】更に放電空間５０６中のガス導入管兼バイ
アス電極５０８に電気的に接続された電源５１１により
ガス導入管兼バイアス電極５０８に導電性基体５０５に
対して直流電圧を印加する。
【００５２】かくして導電性の基体５０５により囲まれ
た放電空間５０６において、原料ガスはマイクロ波のエ
ネルギーにより励起されて解離し、更にガス導入管兼バ
イアス電極５０８と導電性基体５０５の間の電界により
定常的に導電性基体５０５上にイオン衝撃を受けなが
ら、導電性基体５０５表面に光導電層が形成される。
【００５３】この時、導電性基体５０５が設置された回
転軸５０９をモーター５１０により回転させ、導電性基
体５０５を導電性基体母線方向中心軸の回りに回転させ
ることにより、導電性基体５０５全周に渡って均一に堆
積膜層が形成される。
【００５４】［実験例２］図５に示したマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置を用い、鏡面加工を施したアルミニウム
シリンダー上に光導電層、表面層を積層させ、表１、表
２に示す光受容部材を作製した。その電子写真特性を表
３に示す。
【００５５】この結果より、サンプルＡシリーズは、炭
素原子を含有しない場合であるが、この内サンプルＡ１
が電子写真特性を満足していた。そこで、このサンプル
Ａ１を基準として仕込の炭素含有量を変化させそれぞれ
についてボロン原子の含有量による特性を評価し、基準
と同等ないしはより良好になる含有量を決定した。
【００５６】その結果、炭素０％でボロン０．５ｐｐｍ
（サンプルＡ１）、炭素１０％でボロン３．５ｐｐｍ
（サンプルＢ２）、炭素２０％でボロン７ｐｐｍ（サン
プルＣ３）、炭素３０％でボロン１４ｐｐｍ（サンプル
Ｄ２）、炭素４０％でボロン２５ｐｐｍ（サンプルＥ
２）というところで、最も良い特性が得られた。
【００５７】また、これらの光受容部材をＳＩＭＳによ
り分析した。それにより、実際に膜中に含有する炭素原
子、ボロン原子の数量を測定し、仕込量との関係を求め
た。その関係を図３，図４に示す。
【００５８】それによると、仕込量と実際の含有量との
間には、比例関係が成立することがわかる。この膜中に
含有される炭素原子とボロン原子の関係は、前述した式
１によって表される。しかし、炭素原子の含有量も一定
のばらつきを伴い、またボロン原子の含有量にもばらつ
きが生じるため、実際の原子含有量は式に従って一対一
の関係ではなく一定の幅を持った関係である。ただし、
炭素原子の含有量が多くなっていくに従い、その幅も大
きくなる傾向にある。
【００５９】［実験例３］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に表１
に示す光導電層、表面層を積層させた。その時、サンプ
ル３Ａ（１）〜（５）として、その光導電層において炭
素原子の含有量が表２３に示す値になるように作製し
た。その時のそれぞれのボロン量は、式１から導いた。
【００６０】また、サンプル３Ｂ（１）〜（５）として
炭素原子の含有量は１０％となるように調節し、ボロン
原子の含有量が表２３に示す値になるように作製した。
【００６１】それらのドラム作製の他に、光導電層成膜
と同様の条件でシリコンウェハー上に成膜したものを作
った。
【００６２】作製した光受容部材は、電子写真装置（キ
ヤノン社製ＮＰ６６５０を本テスト用に改造したもの）
にセットして、帯電能、感度、残留電位、光メモリー、
画像欠陥等の電子写真特性の評価を行った。
【００６３】また、シリコンウェハーは、ＦＴＩＲによ
って水素含有量を測定した。評価結果を表２４に示す。
【００６４】評価結果より、炭素原子含有量は０．００
５〜２０原子％、またボロン原子含有量は０．０１〜１
５原子ｐｐｍが良いことが分かる。
【００６５】
【実施例】
［実施例１］図５，図６に示した製造装置を用い、鏡面
加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表
面層を積層させ、前述した実験例１によって導かれた式
１に従って光導電層を作製した。
【００６６】炭素原子の含有量は膜厚方向表面に向かっ
て一次関数的に減少する。それに伴ってボロン原子の含
有量は式１に従って指数関数的に減少するように作製す
る（サンプル１）。表４に作製条件を示す。
【００６７】［比較例１］同様に比較のため、鏡面加工
を施したアルミニウムシリンダー上に光導電層、表面層
を積層させ、サンプル１と同様に炭素原子の含有量が一
次関数的に減少する光導電層中において、ボロン原子の
含有量を式１に従わずに炭素原子の減少に合わせて一次
関数的に変化させて作製した（サンプル２）。表５に作
製条件を示す。
【００６８】作製した光受容部材は、電子写真装置（キ
ヤノン社製ＮＰ６６５０を本テスト用に改造したもの）
にセットして、帯電能、感度、残留電位、光メモリ、画
像欠陥等の電子写真特性の評価を行った。
【００６９】表６に電子写真特性の評価結果を示す。
【００７０】［比較例２］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、光導電層中の炭素原子の含有
量が膜厚方向基板側に向かって多くなっている場合、炭
素原子の含有量が膜厚方向に対して一定の場合、炭素原
子の含有量は膜厚方向表面に向かって多くなる場合につ
いて、それぞれボロン原子の含有量は、前述の式１の関
係に従って光受容部材を作製した。
【００７１】表７，表８に作製条件を示す。なお、表８
は表７のＣＨ4 ／ＳｉＨ4 の割合を各サンプルごとに詳
述したものである。
【００７２】作製した光受容部材は実施例１と同様の評
価を行った。
【００７３】表９に電子写真特性の評価結果を示す。
【００７４】［実施例２］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、光導電層において炭素原子の
含有量は膜厚方向表面に向かって減少する。その時ボロ
ン原子の含有量は、式１に従って指数関数的に減少する
所をその許容量の幅内に収まるようにであれば、一点折
れの直線等で式１の指数関数の近似を行っても電子写真
特性には影響を与えない。
【００７５】表１０に作製条件を示す。
【００７６】作製した光受容部材は実施例１と同様の評
価を行った。
【００７７】表１１に電子写真特性の評価結果を示す。
【００７８】［実施例３］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、その光導電層において炭素原
子の含有量が一定の層を積み重ねた階段状に変化する電
子写真用光受容部材を作製した。その時ボロン原子の含
有量は、式１にしたがって、一定層の炭素原子含有量に
よって決定される。
【００７９】表１２に作製条件を示す。
【００８０】比較例３として、実施例３と同様の電子写
真用光受容部材を作製した。ただし、光導電層の作製条
件は表１３に示すとおりに変更した。
【００８１】作製した実施例３と比較例３の光受容部材
は実施例１と同様の評価を行った。表１４に電子写真特
性の評価結果を示す。
【００８２】実施例３は、階段状にすることにより、製
造装置のガス流量の制御が非常に簡便になり、コンピュ
ーターによる複雑な制御系が不要になる。したがって、
装置コストの軽減と、成膜中のプラズマ状態が比較的長
い時間、準安定な状態を保つことができるため、成膜を
制御し易いという利点がある。
【００８３】［実施例４］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、その光導電層中にわずかに酸
素原子、弗素原子を含有させた場合、この時は実験例に
基づき新たに関係式を導く必要がある。
【００８４】光導電層中に酸素原子、弗素原子を含む場
合の炭素原子とボロン原子の関係は
【００８５】
【数３】 ただし、Ｘは含有する炭素原子の原子％、Ｙはボロン原
子の原子ｐｐｍ、Ａ，Ｂは定数で、Ａ＝2.7 ±0.5 、Ｂ
＝2.1 ±0.6 が得られた。
【００８６】この式２の関係に従って実施例１〜３と同
様の光受容部材を作製し、実施例１と同様の評価を行っ
たところ、実施例１〜３と同様、良好な結果が得られ
た。作成条件は、表１４、１５、１６に示す。また評価
結果は表１７に示す。
【００８７】［実施例５］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に電荷
注入阻止層、光導電層と表面層の３層構成よりなる電子
写真用光受容部材に実施例１〜４の光導電層を用いて光
受容部材を作製し、実施例１と同様の評価を行ったとこ
ろ、実施例１〜４と同様、良好な結果が得られた。
【００８８】作成条件は表１８に示す。評価結果は表１
９に示す。
【００８９】［実施例６］図５に示した製造装置を用
い、鏡面加工を施したアルミニウムシリンダー上に光導
電層、表面層を積層させ、実験例によって導かれた式１
に従って光導電層を作成する。炭素原子の含有量は膜厚
方向表面に向かって一次関数的に減少する。それに伴っ
てボロン原子の含有量は式１に従って指数関数的に減少
するように作製する（サンプル６）。その時、炭素原子
含有量に対するボロン原子の含有量が許容範囲（＋４０
％から−２０％）に入るように作成。表２０に作製条件
を示す。 同様に比較のため、鏡面加工を施したアルミ
ニウムシリンダー上に光導電層、表面層を積層させ、そ
の時、炭素原子含有量に対するボロン原子の含有量が許
容範囲（＋４０％から−２０％）からはずれるように作
成（サンプル７）。表２１に作製条件を示す。
【００９０】作製した光受容部材は、電子写真装置（キ
ヤノン社製ＮＰ６６５０を本テスト用に改造したもの）
にセットして、帯電能、感度、残留電位、光メモリ、画
像欠陥等の電子写真特性の評価を行った。
【００９１】表２２に電子写真特性の評価結果を示す。
【００９２】なお、上述した各実施例の結果より、以下
の結論が導き出された。 （１）表２５に示す様に、前記光導電層中の炭素原子含
有量がシリコン原子に対して、０．００５原子％より少
ない場合、密着性が悪くなり、膜剥れや画像欠陥が多く
なってくる。また、２０原子％よりも多い場合、膜が高
抵抗化し、残留電位が増大してくる。また、正孔の走行
性が特に小さくなってくるため感度の低下も生じてく
る。
【００９３】また、その炭素原子含有量とともにボロン
原子の含有量も変化するが、シリコン原子に対して、
０．０１原子ｐｐｍよりも少ない場合は、帯電能が小さ
く、そして光メモリが大きくなり、本発明における優れ
た光受容部材を得ることはできない。また、１５原子ｐ
ｐｍよりも多い場合は、ボロン原子により活性化エネル
ギーが小さくなり、帯電能が小さくなってしまう。
【００９４】そして、水素化アモルファスシリコンの構
造的歪等を緩和、ダングリングボンドの補償を水素原子
が担っている。含有する水素原子が少なくなると、ダン
グリングボンドが増え構造的な歪が増大し、密着性だけ
でなく光導電特性も低下する。また、水素原子が多くな
ると水素原子が膜中で凝集するようになり、膜が脆くな
る。 （２）表２６に示すように、前記光導電層中の炭素原子
の含有量に対して該光導電層に含有されるボロン原子が
指数関数の関係で変化していて、炭素原子の含有量から
決定される指数関数の値において、最大＋４５％から−
２５％の範囲で前記ボロン原子が含有されることによ
り、本発明の目的とする良好な電子写真用光受容部材が
得られる。
【００９５】
【表１】
【００９６】
【表２】
【００９７】
【表３】
【００９８】
【表４】
【００９９】
【表５】
【０１００】
【表６】
【０１０１】
【表７】
【０１０２】
【表８】
【０１０３】
【表９】
【０１０４】
【表１０】
【０１０５】
【表１１】
【０１０６】
【表１２】
【０１０７】
【表１３】
【０１０８】
【表１４】
【０１０９】
【表１５】
【０１１０】
【表１６】
【０１１１】
【表１７】
【０１１２】
【表１８】
【０１１３】
【表１９】
【０１１４】
【表２０】
【０１１５】
【表２１】
【０１１６】
【表２２】
【０１１７】
【表２３】
【０１１８】
【表２４】
【０１１９】
【表２５】
【０１２０】
【表２６】
【０１２１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、光受容部材の光導電層中の炭素原子の膜厚方向の
含有量に対して、光導電層中のボロン原子の含有量を、
本発明の指数関数の関係で決定することにより、従来の
ように、多くのサンプルを作製して実験的にそれぞれの
含有量を決定する手間や時間をなくすことができ、より
確実に、且つ容易に層設計を行なうことができるという
効果が得られる。
【０１２２】従って、光受容部材の帯電処理の際の電荷
保持能に優れ、極めて優れた電気的、光学的特性、耐久
性を総合的に改善することが出来る。
【０１２３】また、このような本発明の層設計の光受容
部材を製造する方法として、炭素原子の原料ガスの仕込
み量に対して、ボロン原子の原料ガスの仕込み量を、本
発明の指数関数の関係で制御しながら成膜することによ
り、容易に、所望の設計の層を持つ光受容部材を安定的
に製造することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光受容部材の一例を示す概略的断面図
【図２】本発明の実験に用いた光受容部材の一例を示す
概略的断面図
【図３】メタンガス仕込量に対する炭素原子含有量の関
係
【図４】ジボランガス仕込量に対するボロン原子含有量
の関係
【図５】本発明の光受容部材を作製するためのマイクロ
波放電法による装置の概略縦断面図
【図６】本発明の光受容部材を作製するためのマイクロ
波放電法による装置の概略横断面図
【図７】本発明の実施例の原料ガスの仕込み量制御手段
を示す模式図。
【符号の説明】
図１において １０１ 導電性基体 １０２ 光受容層 １０３ 表面保護層 １０４ 電子写真用光受容部材 図２において ２０１ 光導電層 ２０２ 光導電層（ノンドープ） ２０３ 表面保護層 ２０４ 導電性基体 ２０５ 電子写真用光受容部材 図５、図６において ５０１ 反応容器 ５０２ マイクロ波導入誘電体窓 ５０３ 導波管 ５０４ 排気管 ５０５ 導電性基体 ５０６ 放電空間 ５０７ ヒーター ５０８ バイアス電極兼ガス管 ５０９ 回転軸 ５１０ モーター ５１１ バイアス電源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03G 5/08

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電性基体の上に、シリコン原子を母体
    とする非単結晶材料で構成された水素化アモルファスシ
    リコンの光導電層、表面層を順次積層した光受容部材で
    あって、前記光導電層は、少なくとも該導電性基体側に
    向かって含有量が多くされた炭素原子、ボロン原子を含
    有し、 該光導電層中の膜厚方向における炭素原子含有量（Ｘ）
    （原子％）とボロン原子含有量（Ｙ）（原子ｐｐｍ）の
    関係が、 【数１】 の指数関数関係になっていることを特徴とする光受容部
    材。
  2. 【請求項２】 前記式（１）の定数Ａ，Ｂが、Ａ＝６．
    ２±０．５，Ｂ＝−５．４±０．９であることを特徴と
    する請求項１に記載の光受容部材。
  3. 【請求項３】 前記光導電層中に含有される炭素原子の
    膜厚方向の分布が、階段状に変化していることを特徴と
    する請求項１記載の光受容部材。
  4. 【請求項４】 前記光導電層中に含有される炭素原子の
    膜厚方向の分布が、連続的に変化することを特徴とする
    請求項１記載の光受容部材。
  5. 【請求項５】 前記光導電層中に含有される炭素原子の
    膜厚方向の分布が、前記導電性基体側で多くなっている
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
    光受容部材。
  6. 【請求項６】 前記光導電層中の炭素原子の含有量が、
    該光導電層中の平均で、シリコン原子に対して０．００
    ５％〜２０原子％であり、 且つ、それに伴うボロン原子の含有量が、前記シリコン
    原子に対して０．０１〜１５原子ｐｐｍであり、 且つ、水素原子の含有量が、前記シリコン原子に対して
    ５〜３０原子％であることを特徴とする請求項１に記載
    の光受容部材。
  7. 【請求項７】 前記光導電層中の炭素原子の分布に対し
    て該光導電層に含有されるボロン原子の分布が指数関数
    関係で変化していて、前記炭素原子の分布量から決定さ
    れる指数関数の値から＋４５％から−２５％の範囲で前
    記ボロン原子が分布していることを特徴とする請求項１
    記載の光受容部材。
  8. 【請求項８】 導電性基体上に、該導電性基体側に向か
    って多く含有された炭素原子及びボロン原子を含有した
    水素化アモルファスシリコンの光導電層を有する光受容
    部材を、ＣＶＤ法で製造する方法において、 前記炭素原子の原料ガスの仕込量に対して、前記ボロン
    原子の原料ガスの仕込み量を、 【数２】 （ただし、Ｘは前記炭素原子の原料ガス仕込み量
    （％）、Ｙはボロン原子の原料ガス仕込み量（ｐｐ
    ｍ）、Ａ，Ｂは定数である。）の指数関数関係になるよ
    うに制御して成膜することを特徴とする光受容部材の製
    造方法。
  9. 【請求項９】 前記式（２）の定数Ａ，Ｂが、Ａ＝３６
    ±３，Ｂ＝２９±７であることを特徴とする請求項８に
    記載の光受容部材の製造方法。
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