JPH058420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光（紫外から可視、赤外、Ｘ線、γ線
等の電磁波をいう）に感受性のある光導電部材に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

固体撮像素子、電子写真感光体等における光導
電性層を構成する光導電性材料は、その使用上の
目的から暗所での比抵抗が高く、かつ光照射によ
り比抵抗が小さくなる性質をもつものでなくては
ならない。

電子写真を例にとつて、その原理及び感光体と
して必要な条件を簡単に説明する。電子写真は感
光体表面にコロナ放電により電荷をふらせ帯電さ
せる。次に感光体に光を照射すると電子と正孔の
対ができ、そのどちらか一方により表面の電荷が
中和される。例えば正に帯電させた場合、光照射
によりできた対のうち、電子によつて中和され、
感光体表面に正電荷の潜像が形成される。可視化
は、感光体表面の電荷と異符号に帯電したトナー
と呼ばれる黒色粉体を、感光体表面にクーロン力
によつて吸引させることによりなされる。この
時、電荷がなくとも、トナーの電荷で、感光体に
引きつけられることを避けるため、感光体と現像
器との間に潜像の電荷による電場と逆方向の電場
が生ずる様に、現像器の電位を高くするという処
理がなされている。これを以下現像バイアスとい
う。以上が原理であるが、次に感光体として必要
な条件を述べると、第１にコロナ放電により帯電
した電荷が光照射まで保持されること、第２に光
照射により生成した電子と正孔の対が再結合する
ことなく、一方が表面の電荷を中和し、、さらに
もう一方は、感光体支持体まで瞬時に到達するこ
となどがあげられる。

従来、使用されているものでは、非晶質カルコ
ゲナイド系などがある。非晶質カルコゲナイド
は、大面積化が容易であり、すぐれた光導電性を
もつ材料であるが、光の吸収端が可視から紫外に
近いところにあり、実用上、可視域の光に対する
感度が低い。また硬度が低く、電子写真感光体に
応用した場合、寿命が短いなど、幾つかの問題を
かかえている。

このような点に基づき、最近注目されている光
導電性材料には、アモルフアスシリコンがある
（以下ａ−Siと書く）。ａ−Siは吸収波長域が広
く、感度も高い。また硬度が高く、電子写真感光
体として応用した場合、従来のものより10倍以上
の寿命を持つことが期待されている。さらに人体
に無害であり、単結晶シリコンと比較した場合、
安価で容易に大面積のものが得られるなど、多く
の利点をもつ、すぐれた材料である。しかしなが
ら、ａ−Siは暗所での比抵抗（以下、暗抵抗とい
う）が低く、通常10⁸Ωcm〜10¹⁰Ωcm程度で電子
写真感光体のような静電潜像を形成するもので
は、表面に帯電させた電荷を保持することができ
ない。

そこで、ａ−Siを電子写真に応用した例では、
感光層と支持体との間にＮ、Ｃ、Ｏなどを添加し
た比抵抗の高いａ−Si層を設け支持体からのキヤ
リアの注入を阻止することが試みられている。ま
た、この層は、Ｐ形あるいはＮ形の半導体膜でも
良い。ただし正常電の場合には、電子をブロツク
し、正孔が通過しうるＰ形半導体を用い、負帯電
の場合には、Ｎ形半導体を用いる。これらの方法
により、感光体の帯電能は高くなるが、前者の方
法では、膜厚を厚くすると、感光層から支持体へ
流れるキヤリアの通過も阻止してしまい、結果と
して残留電位が高くなるという問題が生ずる。ま
た薄い場合には現像バイアスによる絶縁破壊が起
こる。一方、後者の方法では膜厚を厚くしても、
これらの問題は生じない。しかし、ａ−Siは第
ａ族元素の添加によりＰ形半導体に、第ａ族元
素の添加によりＮ形半導体に成るが、これらの不
純物添加によつて膜中の歪が大きくなる。この膜
をブロツキング層として用い、その上に光導電性
層を積層した場合、各層の歪が異なるため、膜は
がれの原因になるなどの不具合点が生じている。
また表面被覆層に関しても同様のことが言える。

さらに、これらの両方を積層する方法も特開昭
57−177156号公報に報告されている。すなわち、
支持体上に、Ｐ形あるいはＮ形の半導体膜と電気
絶縁膜を順次積層した上に、感光層を積層する方
法である。この方法では電気絶縁層が厚い場合に
は、当然残留電位が高くなり、一方高くならない
程度に薄い場合には役を成さない。

〔発明の目的〕

本発明は、以上のような事情にもとづいてなさ
れたもので、帯電能、保持能が向上し、さらに各
層の界面において膜はがれが生ずることのない光
導電部材を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために第１及び第
２のブロツキング層から成るブロツキング層を有
し、このブロツキング層上に積層される光導電性
層をブロツキング層と同一の元素で構成した光導
電部材である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例を参照しながら
説明する。

第１図は、本発明の光導電部材の基本的な構成
例を説明するために模式的に示した模式的構成図
である。構成について述べる前に、まず成膜方法
について述べることにする。

導電性支持体２を真空反応室（図示しない）に
取り付け、メカニカルブースターポンプと油回転
ポンプにより10^-3〜10^-4Torrの真空にする。こ
の時、支持体２は、100℃〜400℃の温度に保たれ
ている。次に反応室内にSi原子を含むガス、例え
ばSiH₄，Si₂H₆，SiF₄等のガスを導入し、0.1〜
1Torr程度の圧力になるように、排気系の排気速
度を調節し、定常状態になるまで待つ。次に反応
室内の電極間に13.56MHzの高周波電力を印加す
ることで成膜することができる。

ドーピングの方法は、反応室内にSi原子を含む
ガスを導入する際、同時にドーピングしたい原子
を含むガスを導入するだけで以下は同じである。
なお、ａ−Siは周期律表第ａ族、第Oa族元素
のドーピングにより価電子制御が可能であり、こ
の時、多量のドーピングにより比抵抗は小さく、
第ａ族元素の極少量のドーピングにより比抵抗
はやや大きくなる。さらに、窒素、炭素、酸素原
子の添加により比抵抗が大きくなる。

第１図に示す光導電部材１の層構成は、導電性
支持体２の上にブロツキング層３、光導電層４及
び表面被覆層５の各層を形成したものである。こ
こでブロツキング層３は支持体側より、第１ブロ
ツキング層３ａ、第２ブロツキング層３ｂとで構
成された二重層構造をしており、第１ブロツキン
グ層３ａはＰ形のアモルフアス炭化シリコンから
なり、第２ブロツキング層３ｂは第１ブロツキン
グ層よりも光学的バンドギヤツプが少し広く真性
に近いＰ形のアモルフアス炭化シリコンからな
る。また光導電性層４は、真性のアモルフアス炭
化シリコンからなる。ただし、ここで述べるアモ
ルフアス炭化シリコンは、ａ−Siの中に極微量、
炭化シリコンを含むものである。このような膜で
あれば、比抵抗が10¹¹〜10¹³Ωcmと高く、通常の
ａ−Siと比較して光導電性層としてすぐれた性質
をもつのである。また、この層はアンドープのａ
−Siでも良いのであるが、ＢとＣを少量添加して
ある方が比抵抗が高く、露光により生成したキヤ
リアが厚み方向だけではなく横方向にも走ること
により起こる画像のぼけを、より効果的に防ぐこ
とができる。さらに、表面の安定化のために設け
た表面被覆層５もアモルフアス炭化シリコンから
なる。

これらの層を積層した光導電部材のデバイス機
能を示すエネルギー模型図を第２図に示す。は
支持体２の、は第１ブロツキング層３ａの、
は第２ブロツキング層３ｂの、は光導電性層４
の各エネルギー模型を示す。支持体より光導電性
層へ注入しようとする電子は、まず第１ブロツキ
ング層３ａでブロツクされるが、ここでブロツク
されない電子も第２ブロツキング層３ｂでブロツ
クされ、帯電能が向上する。なおかつ正孔はブロ
ツキング層が絶縁体の場合はブロツクされ残留電
位となるが、Ｐ形のアモルフアス炭化シリコンの
場合は支持体２へ通過でき、繰り返し使用による
劣化がなくなる。

次にこれらの層の成膜条件を述べる。第１ブロ
ツキング層３ａはSiH₄流量に対しB₂H₆を0.01〜
1.0％、CH₄を10〜100％混合し、反応圧0.5Torr、
印加電力200Wの条件で10分間成膜を行つた。第
２ブロツキング層3bはSiH₄流量に対しB₂H₆を
0.01％以下、CH₄を10〜100％混合し成膜を行つ
た。以下反応圧、印加電力、時間は一定である。
光導電性層４は、第２ブロツキング層３ｂと
B₂H₆の量を同じにしCH₄の量を１％以下まで減
少させて成膜した。表面被覆層５は、SiH₄に対
し等量から数倍のCH₄を混合しての成膜より得
た。

このように作製した電子写真感光体は60℃湿度
90％の恒温槽中においても、また−40℃の低温下
に移すヒートシヨツクに対しても強く、膜はがれ
の起こらないものであつた。さらに帯電能におい
ては、第１ブロツキング層のみのものよりも20％
以上、保持能においては10％以上の向上がみられ
た。さらにこの感光体は耐圧の高い炭化シリコン
を含むため、感光体としての耐圧も高いものであ
り、現像バイアス1500Vに対しても絶縁破壊は起
こらなかつた。

なお、本発明は上述の電子写真感光体のみなら
ず、光センサー等の各種光電変換デバイスに使用
できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば光導電部
材の帯電能、保持能が向上し、さらに各層の界囲
において膜はがれが生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図…本発明の一実施例の光導電部材の模式
的構成図、第２図…本発明の一実施例の光導電部
材のデバイス機能を示すエネルギー模型図。 １……光導電部材、２……導電性支持体、３ａ
……第１ブロツキング層、３ｂ……第２ブロツキ
ング層、４……光導電性層、５……表面被覆層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電性支持体上にこの支持体からキヤリアの
   注入を阻止するブロツキング層と、表面に電荷を
   保持し、この表面電荷をフオトキヤリアで中和す
   る光導電性層とを積層した光導電部材において、
   上記ブロツキング層は第１ブロツキング層と、こ
   の第１部ブロツキング層上に形成され、第１ブロ
   ツキング層よりも暗抵抗の高い第２ブロツキング
   層の２層構造を有し、積層される各層はいずれも
   Ｃ、Ｎ、Ｏのいずれか１つと、周期律表第ａ族
   あるいは第ａ族元素と、Ｈあるいはハロゲンと
   を各層に応じた所定の濃度で添加したアモルフア
   スシリコン層であることを特徴とする光導電部
   材。