JPH05232731A - 電子写真感光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】環境汚染性、耐熱性、表面硬度、摩耗性等につ
いて優れた特性を損なうことなく、電荷受容能力を著し
く向上し残留電位も低いａ−Ｓｉ光導電体層を作像表面
とする電子写真感光体を提供する。 【構成】導電性基板上に、厚さが０．２乃至５ミクロン
で０．０５乃至１ａｔｏｍｉｃ％の酸素と２００００ｐ
ｐｍまでの周期律表第IIIｂ族不純物とを含有するアモ
ルファスシリコン障壁層と、厚さが５乃至６０ミクロン
のアモルファスシリコン光導電体層とを積層してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明はグロー放電分解法により生成され
るアモルファスシリコンを光導電体層とする電子写真感
光体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真感光体としては既に様々な形態
のものが提案されているが、この中でも近年、半導体分
野でその研究開発が進められつつあるグロー放電分解法
により生成されるアモルファスシリコン（ａｍｏｒｐｈ
ｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ，以下ａ−Ｓｉと略す）の感光
体への応用が注目されてきている。これはａ−Ｓｉが従
来のセレンやＣｄＳ感光体等と比して環境汚染性、耐熱
性、摩耗性、光感度特性等において一段と優れているた
めで、ａ−Ｓｉを光導電体層とした感光体としては特開
昭５４−８６３４１号公報で提案されているところであ
る。

【０００３】そして実際に本願発明者がａ−Ｓｉの電子
写真用光導電体としての応用を研究した結果、従来の感
光体が欠如していた無公害性、耐熱性、表面硬度、摩耗
性等に対し理想的な特性を有することを見い出した。し
かしながら、その反面、ａ−Ｓｉ光導電体層は通常のグ
ロー放電分解法ではその暗体積抵抗が最大でも約１０¹⁰
Ω・ｃｍ以上にならず、カールソン方式による作像に最
低限要する所定の表面電位にまで帯電できず、結局、そ
のままでは帯電−画像露光−現像−転写−清掃−除電の
工程によるカールソン方式に適する感光体としては使用
できないという問題に遭遇した。もっともａ−Ｓｉは、
半導体分野においてＷ．Ｅ ＳｐｅａｒとＰ．Ｇ Ｌｅ
Ｃｏｍｂｅｒとにより１９７６年発行のＰｈｉｌｏｓｏ
ｐｈｉｃａｌ Ｍａｇａｚｉｎｅ（Ｖｏｌ．３３，Ｎ
ｏ．６）の第９３５頁乃至第９４９頁の“Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｕｂｓｔｉ
ｔｕｔｉｏｎａｌｌｙ ｄｏｐｅｄ ａｍｏｒｐｈｏｕ
ｓ Ｓｉ ａｎｄ Ｇｅ”の題名の下に研究発表されて
いるように、不純物を含有しない純粋な形態ではその構
造欠陥がドナーレベルを形成し通常はＮ型半導体として
作用し、また周期律表第Ｖｂ不純物、通常は燐（化学記
号Ｐ）を添加することによってより強いＮ型半導体に、
逆に第IIIｂ族不純物、通常は硼素（化学記号Ｂ）を添
加することによってＰ型半導体となるとともに、夫々の
添加量に応じてａ−Ｓｉの暗抵抗が変化する。現に上記
研究発表の中にはａ−Ｓｉの原料であるＳｉＨ₄ に対し
Ｂ₂ Ｈ₆ をモル比１０^-4から１０^-5（２００〜２０ｐｐ
ｍ）添加すれば暗抵抗が１０¹¹Ω・ｃｍ程度まで向上す
る旨のデータが示されている。しかしながらそれ以上の
硼素の添加は暗抵抗の急激な低下を招くものである。こ
れは、ａ−Ｓｉが一般に結晶Ｓｉと比して不純物添加効
率が低く、特に電子写真用光導電体として用いる場合、
その添加効率が一層低いものとなるためである。現に前
述した特開昭５４−８６３４１号公報では第IIIｂ族不
純物添加量は１０^-3乃至１０^-6ａｔｏｍｉｃ％（Ｂ₂ Ｈ
₆ ／ＳｉＨ₄ モル比で５×１０^-5乃至５×１０^-9または
０．０１乃至１０ｐｐｍに相当）が好適であるとしＷ．
Ｅ．Ｓｐｅａｒらの半導体分野における添加量と比して
更に微量なものとなっている。従って電子写真用光導電
体としてのａ−Ｓｉでは第IIIｂ族不純物添加による電
気伝導度（暗抵抗）の制御はわずかで暗抵抗向上に大幅
には寄与しないとされているのが実情である。このこと
より微量から多量に渡る不純物の添加が可能であって広
範囲の電気伝導度の制御が容易なａ−Ｓｉを光導電体層
とする感光体の開発が望まれているところである。

【０００４】更に誘導性基板上に直接ａ−Ｓｉ光導電体
層を形成し、それを作像表面層とする感光体は、製造安
定性及び再現性が低く同一の製造方法で製造しても各感
光体間に電子写真特性のばらつき、特に電荷受容能力及
び暗体積抵抗にかなりのばらつきが生じ、結局、ａ−Ｓ
ｉ光導電体層を導電性基板上に直接積層した構成の感光
体は実用化に向けて製造安定性及び再現性に大きな問題
があった。

【０００５】

【発明の目的】本発明は以上の事実に鑑みてなされたも
ので、環境汚染性、耐熱性、表面硬度、摩耗性等につい
て優れた特性を損なうことなく、カールソン方式による
作像を実用可能ならしめる程度に電荷受容能力を著しく
向上し残留電位も低いａ−Ｓｉ光導電体層を作像表面と
する電子写真感光体を提供することを目的とする。

【０００６】

【発明の要旨】本発明の要旨は、導電性基板上に、厚さ
が０．２乃至５ミクロンで０．０５乃至１ａｔｏｍｉｃ
％の酸素と２００００ｐｐｍまでの周期律表第IIIｂ族
不純物とを含有するアモルファスシリコン障壁層と、厚
さが５乃至６０ミクロンのアモルファスシリコン光導電
体層とを積層したことを特徴とする電子写真感光体にあ
る。

【０００７】以下、本発明につき詳細に説明する。

【０００８】

【発明の概要】グロー放電分解法により生成されるａ−
Ｓｉは前述した通り、周期律表第IIIｂ族（好ましくは
硼素）または第Ｖｂ族不純物（好ましくは燐）を添加す
ることによってＰ型ともＮ型半導体ともなる。そしてａ
−Ｓｉ膜の形成にあたってはシランガス、即ちＳｉＨ₄
ガスを原料として使用し、硼素を添加する場合はジボラ
ンガス（Ｂ₂ Ｈ₆ ガス）を、燐を添加する場合はＰＨ₃
ガスを併用し、何れも水素、アルゴン、ヘリウム等をキ
ャリアーガスとして使用する。従ってａ−Ｓｉ膜はその
純粋な形態においても少なくとも水素を含有し、硼素、
燐を添加した場合でも同様である。ところがこれら原料
を用いて形成されるａ−Ｓｉ膜はその暗抵抗が最大でも
１０¹⁰Ω・ｃｍに満たないものであることが確認されて
いる。

【０００９】この様に暗抵抗が不充分に低い原因はａ−
Ｓｉが非晶質であるが故に多くのダングリングボンド
（ｄａｎｇｌｉｎｇ ｂｏｎｄ）が存在するためと推測
される。このダングリングボンドとは一般に結合をつく
らないで遊んでいる電子、あるいは、共有結合の切れた
状態を意味する。そしてａ−Ｓｉ膜の場合、その表面付
近はもとより内部においても多くのＳｉ原子が結合を作
らず余ってぶらぶらしている状態、即ちダングリングボ
ンドの状態にあると考えられる。

【００１０】この点につき詳述すると、ａ−Ｓｉは、一
般に結晶Ｓｉと比して上述した周期律表第IIIｂ族ある
いは第Ｖｂ族の不純物添加の影響が極めて少なく、Ｐ型
もしくはＮ型への原子価制御による電気伝導度制御が困
難とされている。この原因の一つは上述した極めて多く
のダングリングボンドに基づく局在準位がバンドキャッ
プ（若しくはｍｏｂｉｌｉｔｙｇａｐ）中に存在するた
めに、ドナーあるいはアクセプターから供給される電子
あるいは正孔がこれらの局在準位に捕えられ、フエルミ
準位をわずかしか移動できないので、原子価制御に基づ
く電気伝導度制御が非常に困難とされていた。現に蒸着
やスパツタリングで作成したａ−Ｓｉ、即ち水素原子を
含まないａ−Ｓｉではダングリングボンドが高密度に存
在するため不純物添加の効果が極めて少ない。ところが
グロー放電分解法により生成されるａ−Ｓｉ膜は原料と
してＳｉＨ₄ 、Ｂ₂ Ｈ₆ ガス等を用いる関係上、水素原
子が膜中に混入してダングリングボンドと結合し、これ
らをつぶすため局在準位が減少して不純物添加による原
子価制御に基づく電気伝導度制御がある程度可能とな
る。

【００１１】もっとも従来ではＳｉＨ₄ 、Ｂ₂ Ｈ₆ 、Ｐ
Ｈ₃ ガスのキャリアーガスとしては多くはアルゴン或い
はヘリウムが用いられていたためその効果は不充分であ
った。本発明ではこの観点に立って、まず少なくともＳ
ｉＨ₄ のキャリアーガスとして水素を用い、これにより
ａ−Ｓｉ膜中に約１０乃至４０ａｔｏｍｉｃ％の水素を
混入させれば、これら水素原子がかなり多くのダングリ
ングボンドと結合し良好な電気伝導度制御が可能となる
ことを見い出した。しかしながら、これだけではなおａ
−Ｓｉ膜の暗抵抗が不充分に低いことは、なお多くのダ
ングリングボンドが存在するか、水素原子の結合が弱く
不安定であるためと考えられる。特に水素原子との結合
はａ−Ｓｉ膜自体が高温度への基板加熱を要するグロー
放電分解法によって作成されることにより、容易に破壊
乃至は放出され、不安定なものである。

【００１２】このことより、本願発明者は暗抵抗向上の
解決策を深究した結果、ａ−Ｓｉ膜に上記水素に加え適
量の酸素を含有すれば、暗抵抗が著しく向上することを
見い出した。この酸素の含有は、上述したダングリング
ボンドをほとんど解消、即ち酸素原子がダングリングボ
ンドを有すＳｉと強く結合すると認められ、これが暗抵
抗の向上に寄与していると考えられる。水素及び酸素を
含有するａ−Ｓｉ膜は含有しないものと比してその暗抵
抗が１０² 倍から１０⁷ 倍程度と大幅に向上しており、
値にして１０¹³Ω・ｃｍ以上のものが得られる。酸素の
含有はそれ自体をＳｉＨ₄ ガスとともに、但しそれとは
独立してグロー放電反応管に送り込むようにするのであ
るが、酸素は含有効率が非常に高いため最大でも含有せ
んとすべき量の約１．１倍から２倍程度、例えば１０^-2
ａｔｏｍｉｃ％の酸素を含有させる場合にはＯ₂ ／Ｓｉ
Ｈ₄ のモル比で０．５５×１０^-4乃至１×１０^-4の比率
で酸素を送り込めばよい。もっとも同一範囲にＯ₂ ／Ｓ
ｉＨ₄ の比率を保つ限りは空気あるいはＨ₂ 、Ａｒ、Ｈ
ｅ等の不活性ガスをキャリアーとした酸素でもよい。

【００１３】酸素原子はその大きな電気陰性度によりダ
ングリングボンドの電子を容易にとり込んで、これを有
効に解消するので、微量であってもその効果は極めて大
きく、更にその結合の強さによってより一層耐熱性、そ
の他の安定性、耐久性も向上する。

【００１４】以上のように水素及び酸素を含有させたａ
−Ｓｉ膜のダングリングボンドは殆んど解消され、ｍｏ
ｂｉｌｉｔｙ ｇａｐ中の局在準位が極めて少ないもの
となっているので、アモルフアス半導体とは言え、原子
価制御によるフエルミ準位の制御が従来に無く極めて容
易になっている。つまり３価や５価の不純物の添加効率
が大幅に向上している。特にアクセプターとなり得る硼
素のような３価不純物は、酸素含有量にも一部依存する
が最低でも約１０ｐｐｍ、最大では実に２００００ｐｐ
ｍまで含有することができ、暗抵抗にして１０¹³Ω・ｃ
ｍ以上のａ−Ｓｉの実現に大きく貢献しており、従来に
は見られなかった不純物添加効率の高い電気伝導度の制
御が容易なａ−Ｓｉ膜の実現を可能としたものである。
尚、ａ−Ｓｉへの第IIIｂ族不純物の含有、例えば硼素
の含有は、ＳｉＨ₄ ガスとともにＢ₂ Ｈ₆ ガスをグロー
放電反応管に送り込むことによって行われるが、その含
有効率は酸素と比して低いので含有せんとすべき量の約
５倍から１５倍程度のＢ₂Ｈ₆ を送り込むことが必要で
ある。

【００１５】本発明は上述した知見に基づいてなされた
ものであり、ａ−Ｓｉ光導電体層と導電性基板間にグロ
ー放電分解法により生成され、その厚さが約０．２乃至
５ミクロンで約０．０５乃至０．５ａｔｏｍｉｃ％の酸
素および２００００ｐｐｍまでの周期律表第IIIｂ族不
純物を含有し、但し膜厚が約０．２乃至０．４ミクロン
と薄層のときは最大約１ａｔｏｍｉｃ％までの酸素を含
有するａ−Ｓｉ障壁層を形成することによって、ａ−Ｓ
ｉ光導電体層の製造再現性の不安定性に基づく電荷受容
能力のばらつきを最小限におさえ、且つ基板からの電荷
の注入を有効に阻止してａ−Ｓｉ光導電体層を高電位に
帯電する。このａ−Ｓｉ障壁層はさらに従来では高電位
に帯電するために数１０ミクロン以上は必要とされてい
たａ−Ｓｉ光導電体層の厚さを１０ミクロン以下、最低
で５ミクロン以上あれば十分な電位まで帯電できること
を保証している。

【００１６】即ち、ａ−Ｓｉ障壁層はそれ自体不純物を
含有しないａ−Ｓｉであれば、その体積抵抗は１０¹⁰Ω
・ｃｍ程度と低く基板からの電荷の注入の阻止に有効で
はないが、酸素を約０．０５乃至０．５ａｔｏｍｉｃ％
含有することによりその絶縁性が著しく向上し、優れた
障壁作用を示す。酸素の含有量を約０．０５ａｔｏｍｉ
ｃ％以上とするのは、それ以下ではａ−Ｓｉの抵抗がさ
ほど向上せず障壁作用を果さず電荷受容能力のばらつき
を是正することができないためで、また０．５ａｔｏｍ
ｉｃ％以下とするのはそれ以上では残留電位が高くなり
コントラストの優れた画像が得られなくなるためであ
る。この残留電位の上昇は、ａ−Ｓｉ光導電体層中で発
生するキャリア担体がａ−Ｓｉ障壁層との界面あるいは
障壁層中に多数トラップされることにより生じるのであ
るが、酸素含有量を約０．０５乃至０．５ａｔｏｍｉｃ
％とすることにより、また更には層の厚さを後述する通
り約０．２乃至５ミクロンとすることにより、残留電位
は実用上問題ない程度となる。

【００１７】尚、上述において酸素の含有量は最大０．
５ａｔｏｍｉｃ％と説明したが、ａ−Ｓｉ障壁層の膜厚
を約０．２乃至０．４ミクロンと薄層とするときに限っ
て酸素は最大約１ａｔｏｍｉｃ％まで含有することがで
き、残留電位も一定値以下に維持されることが確認され
た。

【００１８】ａ−Ｓｉ障壁層の厚さは約０．２乃至５ミ
クロン程度であることが望ましく、これは０．２ミクロ
ン以下では最早、障壁層として働かずａ−Ｓｉ光導電体
層の電荷受容能力の均一化を図ることができないため
で、また５ミクロン以上では残留電位が一定値以上とな
り、整流作用を持たなくなるためである。

【００１９】ａ−Ｓｉ障壁層は、上記ａ−Ｓｉ膜の説明
からも推測できるように、酸素に加えて周期律表第III
ｂ族不純物（好ましくは硼素）を最大２００００ｐｐｍ
まで含有する。更には水素を約１０乃至４０ａｔｏｍｉ
ｃ％含有させてもよい。これはそれらの添加によりａ−
Ｓｉ障壁層の暗抵抗が幾分ながらも向上するためで酸素
含有量を増大させることなく障壁層に最低限必要な暗抵
抗が確保できる。また、導電性基板としてはアルミニウ
ム、ステンレス等が使用できるが、生地のアルミニウム
を用いればａ−Ｓｉ障壁層との付着性が良好で長期に渡
る反復使用でも剥離やクラックが生じないことが確認さ
れた。

【００２０】本発明に係るａ−Ｓｉ光導電体層は作像表
面層として上記ａ−Ｓｉ障壁層上に形成されるのである
が、その厚さは約５乃至６０ミクロンとするのが好まし
い。また本発明に係るａ−Ｓｉ光導電体層は可視光領域
をその長波長端、特に写真赤外までも完全に含む分光感
度特性を示し、従来のＳｅ系感光体やポリビニルカルバ
ゾールにＴＮＦを含有した感光体よりかなり高感度でそ
の暗減衰、光減衰特性も極めて良好である。

【００２１】更に本発明のａ−Ｓｉ層は表面硬度（ヴツ
カース硬度）が約１８００乃至２３００Ｋｇ／ｍｍ² と
Ｓｅ−Ａｓ感光体（Ａｓ５％）の約３０乃至４０倍、ア
ルミニウムの約１８乃至２３倍と非常に硬く、実にサフ
ァイアと同等の硬度がある。従ってトナー像の転写とし
て圧力転写が容易に実施できることはもとより清浄手段
として金属ブレードの使用が可能となる。また、ａ−Ｓ
ｉの結晶化温度は約７００℃と非常に高いので熱転写も
可能とし全体として耐久性が非常に優れている。

【００２２】

【実施例】以下、本発明に係る電子写真感光体を製造す
るためのグロー放電分解法について説明するが、上述の
通り本発明では障壁層、光導電体層ともグロー放電分解
法により生成されるので単一の製造装置で、しかも簡単
な製造条件の下に迅速に感光体を製造できるという優れ
た製造上のメリットを有する。

【００２３】第Ｉ図はａ−Ｓｉ障壁層及び光導電体層を
生成するためのグロー放電分解装置を示し、図中の第
１、第２、第３、第４タンク（１）、（２）、（３）、
（４）には夫々ＳｉＨ₄ 、ＰＨ₃ 、Ｂ₂ Ｈ₆ 、Ｏ₂ ガス
が密封されている。またＳｉＨ₄ 、ＰＨ₃ 、Ｂ₂ Ｈ₆ ガ
ス何れもキャリアーガスは水素である。これらガスは対
応する第１、第２、第３、第４調整弁（５）、（６）、
（７）、（８）を開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ー（９）、（１０）、（１
１）、（１２）により規制され、第１乃至第３タンク
（１）、（２）、（３）からのガスは第１主管（１３）
へと、また第４タンク（４）からの酸素ガスはそれらと
は別に第２主管（１４）へと送られる。尚、（１５），
（１６）、（１７）、（１８）は流量計、（１９）、
（２０）は止め弁である。第１、第２主管（１３）、
（１４）を通じて流れるガスは反応管（２１）へと送り
込まれるが、この反応管の周囲には共振振動コイル（２
２）が巻回されておりそれ自体の高周波電力は１００ｗ
ａｔｔｓ乃至数ｋｉｌｏｗａｔｔｓが、また周波数は１
ＭＨｚ乃至数１０ＭＨｚが適当である。反応管（２１）
内部にはその上にａ−Ｓｉ膜が形成される例えばアルミ
ニウムやＮＥＳＡガラスのような基板（２３）がモータ
（２４）により回動可能であるターンテーブル（２５）
上に載置されており、該基板（２３）自体は適当な加熱
手段により約５０乃至３００℃、好ましくは約１５０乃
至２５０℃の温度に均一加熱されている。また反応管
（２１）の内部はａ−Ｓｉ膜形成時に高度の真空状態
（放電圧：０．５乃至２．０Ｔｏｒｒ）を必要とするこ
とにより回転ポンプ（２６）と拡散ポンプ（２７）に連
結されている。

【００２４】以上の構成のグロー放電分解装置におい
て、まずａ−Ｓｉ障壁層の形成に際しては拡散ポンプ
（２７）で反応管（２１）内を１０^-4から１０^-6Ｔｏｒ
ｒ程度の真空に引き、続いて回転ポンプ（２６）に切換
えて真空度を約１０^-2乃至１０^-4Ｔｏｒｒとして第４タ
ンク（４）より酸素を導入し、マスフローコントローラ
ー（１２）を調節してその分圧を所定値に保つ。これに
続いて第１タンク（１）よりＳｉＨ₄ ガスを、また第２
タンク（２）よりＢ₂ Ｈ₆ ガスを導入する。そして反応
管（２１）の内部が０．５乃至２．０Ｔｏｒｒ程度の真
空状態、基板温度が５０乃至３００℃、共振振動コイル
の高周波電力が１００Ｗ乃至数ＫＷ、また周波数が１乃
至数１０ＭＨｚに設定されていることに相俟ってグロー
放電が起こり、ガスが分解して基板上に所定量の酸素に
加えて適量の硼素を含有したａ−Ｓｉ障壁層が約０．５
乃至１．５ミクロン／６０分の早さで形成される。

【００２５】ａ−Ｓｉ障壁層が形成されると、グロー放
電を一旦中断し続いてａ−Ｓｉ光導電体層の形成を開始
する。この際にもやはり同様に第１及び第４タンク
（１）、（４）よりＳｉＨ₄ ガスとＯ₂ ガスを、更には
第２タンク（２）よりＢ₂ Ｈ₆ ガスまたは第３タンク
（３）よりＰＨ₃ ガスを導入し、ａ−Ｓｉ障壁層形成時
とほぼ同一の条件の下にグロー放電を行い、ａ−Ｓｉ障
壁層上に酸素及び水素、更には適量の燐または硼素を含
有したａ−Ｓｉ光導電体層が形成される。

【００２６】以下、実験例につき説明するが、まず実験
例１、２ではａ−Ｓｉ障壁層形成による電荷受容能力及
び残留電位の特性について、そして実験例３では作像実
験による画質の特性について説明する。

【００２７】

【実験例１】この実験例では基板とａ−Ｓｉ光導電体層
間にａ−Ｓｉ障壁層を形成するとともに、その酸素含有
量を変えて感光体の初期表面電位と残留電位を測定し
た。

【００２８】上述した第１図に示すグロー放電分解装置
でもって、まず、拡散ポンプ（２７）により反応管（２
１）の内部を１０^-5Ｔｏｒｒ程度の真空に引き、続いて
回転ポンプ（２６）に切換え真空度を約１０^-3Ｔｏｒｒ
として、この状態でマスフローコントローラー（１２）
を調節しその分圧を０．０３Ｔｏｒｒとし第４タンク
（４）より酸素を導入した。これに従って第１タンク
（１）より水素をキャリアーガスとするＳｉＨ₄ ガス
（水素にＳｉＨ₄ １０％）を、また第２タンク（２）よ
りＳｉＨ₄ に対しそのモル比が１０^-4に相当するＢ₂ Ｈ
₆ ガスを放出した。尚、このときの反応管の全圧は０．
７Ｔｏｒｒに保つ。一方、基板温度は２００℃に保ち、
共振振動コイル（２２）の高周波電力を３００ｗａｔｔ
ｓ、周波数を４ＭＨｚにしてグロー放電を行い、約１ミ
クロン／６０分の早さでａ−Ｓｉ膜を形成し、３０分経
過時にグロー放電を中断した。これによりアルミニウム
基板上には厚さが０．５ミクロンで酸素を０．０５ａｔ
ｏｍｉｃ％、また硼素を２０ｐｐｍ含有するａ−Ｓｉ障
壁層が形成された。

【００２９】続いて、マスフローコントローラー（１
２）を絞って酸素分圧を約０．００５Ｔｏｒｒとすると
ともにＳｉＨ₄ とＢ₂ Ｈ₆ ガスの分圧は同一のままとし
て再度グロー放電を８時間行って厚さ８ミクロンのａ−
Ｓｉ光導電体層を形成した。このａ−Ｓｉ光導電体層は
約０．０１ａｔｏｍｉｃ％の酸素と２０ｐｐｍの硼素を
を含有し、その暗抵抗は約３×１０¹³Ω・ｃｍである。

【００３０】この感光体とは別に、同様の方法によりａ
−Ｓｉ障壁層の酸素含有量を変化させた以外は同一の構
成の感光体を６種類作成した。即ち、ａ−Ｓｉ障壁層形
成時に酸素用マスフローコントローラー（１２）を調節
し、その分圧を夫々０．０５、０．０９、０．２２、
０．３５、０．５０、０．７０Ｔｏｒｒと変化させた以
外は同一条件の下にグロー放電を行って、基板上に厚さ
０．５ミクロンで酸素含有量が夫々０．０８、０．１
６、０．３、０．４、０．５及び０．６ａｔｏｍｉｃ％
で硼素を２０ｐｐｍ含有するａ−Ｓｉ障壁層と、その上
に０．０１ａｔｏｍｉｃ％の酸素と２０ｐｐｍの硼素を
含有する厚さ８ミクロンのａ−Ｓｉ光導電体層からなる
５種類の感光体を作成した。また、これらとは別に基板
上に直接ａ−Ｓｉ光導電体層を形成した。この感光体は
ａ−Ｓｉ障壁層に酸素が一切含有されていないものに相
当する。尚、各層の酸素含有量はスパークソース質量分
析法により、また硼素含有量はイオンマイクロアナライ
ザーにより測定した。

【００３１】次に上記各感光体を±５．６ＫＶの電圧源
に接続されたコロナチャージで正及び負極性に均一帯電
して初期表面電位を測定し電荷受容能力を調べるととも
に、続いて０．３ｍｗ・ｓｅｃ／ｃｍ² の光量で均一照
射して減衰後の残留電位を測定した。これらの測定結果
は第２図に示す通りで、図中、横軸はａ−Ｓｉ障壁層の
酸素含有量を、左縦軸は初期表面電位を、右縦軸は残留
電位を示し、またカーブ（Ａ）、（Ｂ）は夫々正帯電及
び負帯電時の初期表面電位と酸素含有量の関係を、カー
ブ（Ｃ）、（Ｄ）は夫々正及び負帯電時の残留電位と酸
素含有量の関係を示す。

【００３２】第２図から明らかな様に、ａ−Ｓｉ障壁層
に酸素を一切含有しない感光体、即ちａ−Ｓｉ障壁層が
形成されていない感光体は正、負帯電時とも残留電位が
ほとんど表れないもののａ−Ｓｉ光導電体層の膜厚が８
ミクロンと薄層であることにも起因して、初期表面電位
は正帯電時で４００Ｖ、負帯電時で−３６０Ｖと低い。
ところがａ−Ｓｉ障壁層に０．０５ａｔｏｍｉｃ％の酸
素を含有する感光体の場合、特に負帯電時にはカーブ
（Ｂ）で示される様に初期表面電位は著しく向上し実に
−５６０Ｖとなり、また正帯電時にも幾分ながらも向上
しており、酸素含有よりａ−Ｓｉ光導電体層が薄層でも
カールソン方式による作像を可能ならしめる程度に高電
位に帯電されることを保証している。更に酸素含有量が
０．０８ａｔｏｍｉｃ％となると初期表面電位は負帯電
時で−６００Ｖ、正帯電時で＋４７０Ｖまで向上し、し
かも残留電位は±１０乃至２０Ｖと低く優れたコントラ
ストの画像が得られることを保証している。

【００３３】ａ−Ｓｉ障壁層の酸素含有量が夫々０．１
６、０．３、０．４、０．５、０．６ａｔｏｍｉｃ％の
感光体の場合、負帯電時で初期表面電位が約−６２０Ｖ
乃至−６７５Ｖの近辺で飽和しているのに対し、正帯電
時には０．１６ａｔｏｍｉｃ％の酸素含有で＋６００Ｖ
まで向上しそれ以上の酸素含有で負帯電時と同様にほぼ
＋６２０Ｖ乃至＋６７５Ｖで飽和傾向を示している。一
方残留電位は酸素含有量が０．１６ａｔｏｍｉｃ％のと
きで−２０Ｖ及び＋３５Ｖ、０．３ａｔｏｍｉｃ％で−
７５Ｖ及び＋９０Ｖ、０．４ａｔｏｍｉｃ％で−１１０
Ｖと＋１２５Ｖ、０．５ａｔｏｍｉｃ％で−１４５Ｖ及
び＋１６０Ｖ、そして０．６ａｔｏｍｉｃ％のときで−
１８０Ｖと２０５Ｖと酸素含有量の増大に伴って高くな
る。もっとも残留電位が±１００Ｖ以上の領域では初期
表面電位が±６００Ｖ以上と高いこと、更には残留電位
が最高で±１５０Ｖ程度あっても充分にコントラストの
優れた画像が得られることが確認されたので、ａ−Ｓｉ
障壁層に含有する酸素の量は約０．０５乃至０．５ａｔ
ｏｍｉｃ％とするのが好ましい。即ち、ａ−Ｓｉ障壁層
に含有する酸素の量が約０．０５ａｔｏｍｉｃ％以下の
時は層自体が基板からの電荷の注入を充分に阻止する機
能を持たず、逆に酸素の量が約０．５ａｔｏｍｉｃ％以
上の時は残留電位が±１５０Ｖ以上となってコントラス
トの優れた画像が得られなくなることより、酸素含有量
は約０．０５乃至０．５ａｔｏｍｉｃ％とするのが好適
である。尚、正帯電時にａ−Ｓｉ障壁層の酸素含有量が
約０．０８ａｔｏｍｉｃ％以下では初期表面電位がさほ
ど向上しない理由は層自体の整流性によるものと考えら
れる。

【００３４】

【実験例２】この実験例では０．０８ａｔｏｍｉｃ％の
酸素を含有するａ−Ｓｉ障壁層の厚さを変えて、感光体
の初期表面電位及び残留電位との関係を測定した。即
ち、実験例１で作成した厚さ０．５ミクロンで酸素を
０．０８ａｔｏｍｉｃ％を含有するａ−Ｓｉ障壁層を有
する感光体以外に、ａ−Ｓｉ障壁層がなく基板上にａ−
Ｓｉ光導電体層を直接形成した感光体、酸素含有量が何
れも０．０８ａｔｏｍｉｃ％でａ−Ｓｉ障壁層の厚さを
１ミクロン、２．４ミクロン、３ミクロン、４ミクロ
ン、５ミクロン及び６ミクロンとした感光体を作成し
た。次にこれら各感光体を実験例１と同一の条件の下に
帯電、露光して初期表面電位と残留電位を測定した。

【００３５】これらの測定結果は第３図に示される通り
で、図中、横軸はａ−Ｓｉ障壁層の膜厚を、左縦軸は初
期表面電位を、右縦軸は残留電位を示し、またカーブ
（Ｅ）、（Ｆ）は夫々正及び負帯電時の初期表面電位と
膜厚の関係を、カーブ（Ｇ）、（Ｈ）は夫々正及び負帯
電時の残留電位と膜厚を示す。この図から明らかな様
に、ａ−Ｓｉ障壁層が形成されていない感光体の場合、
初期表面電位は正帯電時で４００Ｖ、負帯電時で−３６
０Ｖと低いが、厚さ０．５ミクロンのａ−Ｓｉ障壁層
（酸素含有量０．０８ａｔｏｍｉｃ％）を形成した場
合、特に負帯電時に初期表面電位の著しい傾向が見られ
実に−６００Ｖともなる。また正帯電時にも４７０Ｖと
高くなっている。この様に厚さ０．５ミクロンのａ−Ｓ
ｉ障壁層の介在により初期表面電位がカールソン方式に
よる作像を可能ならしめる程度に向上するということ
は、それ以下の厚さであっても同様に初期表面電位を向
上することを意味し、第３図からみて約０．２ミクロン
以上の厚さがあれば最低限の初期表面電位を保証する。
一方、膜厚を更に１ミクロンとしたときは初期表面電位
は夫々＋４７５Ｖ及び−６２５Ｖと幾分ながらも向上す
るが、これに伴って残留電位も高くなり２５Ｖ及び−２
０Ｖとなる。膜厚を更に厚くすることにより初期表面電
位は幾分向上するがほぼ飽和傾向を示す反面、残留電位
は高くなり、現に膜厚２．４ミクロンで初期表面電位が
＋５００Ｖ及び−６３０Ｖ、残留電位が＋５０Ｖ及び−
４０Ｖ、３ミクロンで初期表面電位が５０５Ｖ及び−６
５０Ｖ、残留電位が７０Ｖおよび−６０Ｖ、４ミクロン
で初期表面電位が＋５３０Ｖ及び−６７０Ｖ、残留電位
が＋１１０Ｖ及び−９５Ｖ、５ミクロンで初期表面電位
が５５０Ｖ及び、−６８０Ｖ、残留電位が＋１５５Ｖ及
び−１４５Ｖ、そして６ミクロンで初期表面電位が＋５
７０Ｖ及び−７００Ｖに対し残留電位が＋２１０Ｖ及び
−１８５Ｖともなる。上述の通り、残留電位が約±１５
０Ｖ以下であれば充分にコントラストの優れた画像が得
られるので第３図の結果からも明らかな様にａ−Ｓｉ障
壁層の膜厚は最大５ミクロン程度までとすることがで
き、またその最小厚さも前述の通り約０．２ミクロン以
上であればよい。

【００３６】次に上記各種感光体とは別にａ−Ｓｉ障壁
層として厚さを０．３ミクロン、酸素含有量を１ａｔｏ
ｍｉｃ％とした以外は同じ構成の感光体を作成した。こ
の感光体を同様の方法により帯電、感光し初期表面電位
と残留電位を測定した。その結果は第３図において測定
値（Ｊ）、（Ｋ）、（Ｌ）、（Ｍ）として示す通りで、
（Ｊ）、（Ｋ）は夫々正及び負帯電時の初期表面電位
を、（Ｌ）、（Ｍ）は夫々正及び負帯電時の残留電位を
示す。即ち測定結果によれば初期表面電位は夫々＋６３
０Ｖ及び−６６０Ｖと作像可能な充分に高い値が得られ
ているとともに、残留電位も±１５０Ｖ程度とコントラ
ストの良好な画像が得られることを保証している。この
ことは、ａ−Ｓｉ障壁層を例えば０．３ミクロン程度の
薄層としたときは酸素の含有量を０．５ａｔｏｍｉｃ％
以上とすることができることを意味し、上述の測定値か
らも明らかな様に１ａｔｏｍｉｃ％の酸素を含有しても
残留電位が最大限度の約±１５０Ｖとなるので薄層とし
たときに限って１ａｔｏｍｉｃ％までの酸素を含有する
ことができる。尚、ここでいう薄層とは０．３ミクロン
に限らず、約０．２乃至０．４ミクロン程度であれば同
様に酸素を最大１ａｔｏｍｉｃ％まで含有できる。

【００３７】

【実験例３】ここでは実験例１および２で作成した各感
光体に対し作像実験を行った。まず、実験例１および２
で作成した感光体に対して＋５．６ＫＶ、−５．６ＫＶ
の電圧源に接続されたコロナチャージャで夫々正と負に
帯電し次いで０．３ｍｗ・ｓｅｃ／ｃｍ² の光量で画像
露光して、２成分現像剤で現像した後転写紙に転写して
画質を調べた。

【００３８】その結果、ａ−Ｓｉ障壁層が形成されてい
ない感光体から得られた画像は、正負何れの帯電時でも
表面電位が低い関係上、鮮明でなく全体として滲んだ画
像となった。一方、厚さが０．５ミクロンで酸素を０．
６ａｔｏｍｉｃ％含有するａ−Ｓｉ障壁層を有する感光
体及び厚さが６ミクロンで酸素を０．０８ａｔｏｍｉｃ
％含有するａ−Ｓｉ障壁層を有する感光体から得られた
画像はカブリが表れ不鮮明であった。これに対し、厚さ
が何れも０．５ミクロンで酸素含有量が夫々０．０５、
０．０８、０．１６、０．３、０．４、０．５ａｔｏｍ
ｉｃ％のａ−Ｓｉ障壁層を有する感光体及び酸素含有量
が何れも０．０８ａｔｏｍｉｃ％で厚さが１、２．４、
３、４、５ミクロンのａ−Ｓｉ障壁層を有する感光体か
らは何れも非常に鮮明な画像が得られ、本発明による優
れた効果が確認された。尚、酸素含有量が０．０５ａｔ
ｏｍｉｃ％の感光体からは正帯電時に他と比して幾分劣
った画像が得られたが実用上問題ない程度であった。ま
た、厚さ０．３ミクロンで酸素を１ａｔｏｍｉｃ％含有
するａ−Ｓｉ障壁層を有する感光体に対しても同様の作
像実験を行ったところコントラストの優れた鮮明な画像
が得られた。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る電子写真感光体は、導電性基板上に、グロー放電
分解法により生成されその厚さが約０．２乃至５ミクロ
ンで約０．０５乃至１ａｔｏｍｉｃ％の酸素と２０００
０ｐｐｍまでの周期律表第IIIｂ族不純物とを含有する
アモルファスシリコン障壁層と、その上にやはり同様に
グロー放電分解法により生成され厚さが約５乃至６０ミ
クロンのアモルファスシリコン光導電体層を積層してな
るものであるから、ａ−Ｓｉ光導電体層自体、環境汚染
性、耐熱性、表面硬度、摩耗性等について優れた特性を
有することに加えて、ａ−Ｓｉ障壁層はａ−Ｓｉ光導電
体層の電荷受容能力を一段と向上且つ安定ならしめてお
り、更には従来では高電位に帯電するためには数１０ミ
クロン以上は必要とされていたａ−Ｓｉ光導電体層の厚
さを５ミクロン以上の薄層でも充分な電位にまで帯電で
きることを保証する等優れた効果を有する。しかも感光
体全体として見ても製造が容易で、従来には見られない
電子写真特性全般において優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子写真感光体を製造するためのグロー放電分
解装置の概略図である。

【図２】アモルファスシリコン障壁層における酸素含有
量と初期表面電位及び残留電位の関係を示すグラフ図で
ある。

【図３】アモルファスシリコン障壁層の膜厚と初期表面
電位及び残留電位の関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ ＳｉＨ₄ ガスを密封した第１タンク ２ ＰＨ₃ ガスを密封した第２タンク ３ Ｂ₂ Ｈ₆ ガスを密封した第３タンク ４ Ｏ₂ ガスを密封した第４タンク ９ マスフローコントローラー １０ マスフローコントローラー １１ マスフローコントローラー １２ マスフローコントローラー ２１ 反応管 ２２ 共振振動コイル ２３ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昌純 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国 際ビル ミノルタカメラ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性基板上に、厚さが０．２乃至５ミク
   ロンで０．０５乃至ｌａｔｏｍｉｃ％の酸素と２０００
   ０ｐｐｍまでの周期律表第IIIｂ族不純物とを含有する
   アモルファスシリコン障壁層と、厚さが５乃至６０ミク
   ロンのアモルファスシリコン光導電体層とを積層したこ
   とを特徴とする電子写真感光体。