JPH0719069B2 - 光受容部材 - Google Patents

光受容部材

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JPH0719069B2
JPH0719069B2 JP60248748A JP24874885A JPH0719069B2 JP H0719069 B2 JPH0719069 B2 JP H0719069B2 JP 60248748 A JP60248748 A JP 60248748A JP 24874885 A JP24874885 A JP 24874885A JP H0719069 B2 JPH0719069 B2 JP H0719069B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、光(ここでは広義の光で紫外線、可視光線、
赤外線、X線、γ線等を示す)の様な電磁波に感受性の
ある光受容部材に関する。
さらに詳しくは、レーザー光などの可干渉性光を用いる
のに適した光受容部材に関する。
〔従来技術の説明〕
デジタル画像情報を画像として記録する方法として、デ
ジタル画像情報に応じて変調したレーザー光で光受容部
材を光学的に走査することにより静電潜像を形成し、次
いで該潜像を現像するか、更に必要に応じて転写、定着
などの処理を行なう、画像を記録する方法が知られてお
り、中でも電子写真法による画像形成法では、レーザー
として、小型で安価なHe-Neレーザーあるいは半導体レ
ーザー(通常は650〜820nmの発光波長を有する)を使用
して像記録を行なうのが一般である。
ところで、半導体レーザーを用いる場合に適した電子写
真用の光受容部材としては、その光感度領域の整合性が
他の種類の光受容部材と比べて優れているのに加えて、
ビツカーズ硬度が高く、公害の問題が少ない等の点から
評価され、例えば特開昭54-86341号公報や特開昭56-837
46号公報にみられるようなシリコン原子を含む非晶質材
料(以後「a-Si」と略記する)から成る光受容部材が注
目されている。
しかしながら、前記光受容部材については、光受容層を
単層構成のa-Si層とすると、その高光感度を保持しつ
つ、電子写真用として要求される1012Ωcm以上の暗抵抗
を確保するには、水素原子やハロゲン原子、或いはこれ
等に加えてボロン原子とを特定の量範囲で層中に制御さ
れた形で構造的に含有させる必要性があり、ために層形
成に当つて各種条件を厳密にコントロールすることが要
求される等、光受容部材の設計についての許容度に可成
りの制限がある。そしてそうした設計上の許容度の問題
をある程度低暗抵抗であつても、その高光感度を有効に
利用出来る様にする等して改善する提案がなされてい
る。即ち、例えば、特開昭54-121743号公報、特開昭57-
4053号公報、特開昭57-4172号公報にみられるように光
受容層を伝導特性の異なる層を積層した二層以上の層構
成として、光受容層内部に空乏層を形成したり、或いは
特開昭57-52178号、同52179号、同52180号、同58159
号、同58160号、同58161号の各公報にみられるように支
持体と光受容層の間、又は/及び光受容層の上部表面に
障壁層を設けた多層構造としたりして、見掛け上の暗抵
抗を高めた光受容部材が提案されている。
ところがそうした光受容層が多層構造を有する光受容部
材は、各層の層厚にばらつきがあり、これを用いてレー
ザー記録を行う場合、レーザー光が可干渉性の単色光で
あるので、光受容層のレーザー光照射側自由表面、光受
容層を構成する各層及び支持体と光受容層との層界面
(以後、この自由表面及び層界面の両者を併せた意味で
「界面」と称する。)より反射して来る反射光の夫々が
干渉を起してしまうことがしばしばある。
この干渉現象は、形成される可視画像に於いて、所謂、
干渉縞模様となつて現われ、画像不良の原因となる。殊
に階調性の高い中間調の画像を形成する場合にあつて
は、識別性の著しく劣つた阻画像を与えるところとな
る。
また重要な点として、使用する半導体レーザー光の波長
領域が長波長になるにつれ光受容層に於ける該レーザー
光の吸収が減少してくるので、前記の干渉現象が顕著に
なるという問題がある。
この点を図面を以つて以下に説明する。
第6図に、光受容部材の光受容層を構成するある層に入
射した光I0と上部界面602で反射した反射光R1、下部界
面601で反射した反射光R2が示されている。
そこにあつて、層の平均層厚をd、屈折率をn、光の波
長をλとして、ある層の層厚がなだらかに の層厚差で不均一であると、反射光R1、R2が2nd=mλ
(mは整数、反射光は強め合う)と (mは整数、反射光は弱め合う)の条件のどとらに合う
かによつて、ある層の吸収光量および透過光量に変化が
生じる。即ち、光受容部材が第7図に示すような、2若
しくはそれ以上の層(多層)構成のものであるものにお
いては、それらの各層について第6図に示すような干渉
効果が起つて、第7図に示すような状態となり、その結
果、それぞれの干渉が相乗的に作用し合つて干渉縞模様
を呈するところとなり、それがそのまゝ転写部材に影響
し、該部材上に前記干渉縞模様に対応した干渉縞が転
写、定着される可視画像に現出して不良画像をもたらし
てしまうといつた問題がある。
この問題を解消する策として、(a)支持体表面をダイ
ヤモンド切削して、±500Å〜±10000Åの凹凸を設けて
光散乱面を形成する方法(例えば特開昭58-162975号公
報参照)、(b)アルミニウム支持体表面を黒色アルマ
イト処理したり、或いは、樹脂中にカーボン、着色顔
料、染料を分散したりして光吸収層を設ける方法(例え
ば特開昭57-165845号公報参照)、(c)アルミニウム
支持体表面を梨地状のアルマイト処理したり、サンドブ
ラストにより砂目状の微細凹凸を設けたりして、支持体
表面に光散乱反射防止層を設ける方法(例えば特開昭57
-16554号公報参照)等が提案されている。
これ等の提案方法は、一応の結果はもたらすものの、画
像上に現出する干渉縞模様を完全に解消するに十分なも
のではない。
即ち、(a)の方法については、支持体表面に特定大の
凹凸を多数設けていて、それにより光散乱効果による干
渉縞模様の現出が一応それなりに防止はされるものの、
光散乱としては依然として正反射光成分が残存するた
め、該正反射光による干渉縞模様が残存してしまうこと
に加えて、支持体表面での光散乱効果により照射スポツ
トに拡がりが生じ、実質的な解像度低下をきたしてしま
う。
(b)の方法については、黒色アルマイト処理では、完
全吸収は不可能であり、支持体表面での反射光は残存し
てしまう。また、着色顔料分散樹脂層を設ける場合は、
a-Si層を形成する際、樹脂層よりの脱気現象が生じ、形
成される光受容層の層品質が著しく低下すること、樹脂
層がa-Si層形成の際のプラズマによつてダメージを受け
て、本来の吸収機能を低減させると共に、表面状態の悪
化によるその後のa-Si層の形成に悪影響を与えること等
の問題点を有する。
(c)の方法については、第8図に示す様に、例えば入
射光I0は、光受容層802の表面でその一部が反射されて
反射光R1となり、残りは、光受容層802の内部に進入し
て透過光I1となる。透過光I1は、支持体801の表面に於
いて、その一部は、光散乱されて拡散光K1、K2、K3…と
なり、残りが正反射されて反射光R2となり、その一部が
出射光R3となつて外部に出ては行くが、出射光R3は、反
射光R1と干渉する部分であつていずれにしろ残留するた
め依然として干渉縞模様が完全に消失はしない。
ところで、この場合の干渉を防止するについて、光受容
層内部での多重反射が起らないように、支持体801の表
面の拡散性を増加させる試みもあるが、そうしたところ
でかえつて光受容層内で光が拡散してハレーシヨンを生
じてしまい結局は解像度が低下してしまう。
特に、多層構成の光受容部材においては、第9図に示す
ように、支持体901表面を不規則的に荒しても、第1層9
02での表面での反射光R2、第2層での反射光R1、支持体
901面での正反射光R3の夫々が干渉して、光受容部材の
各層厚にしたがつた干渉縞模様が生じる。従つて、多層
構成の光受容部材においては、支持体901表面を不規則
に荒すことでは、干渉縞を完全に防止することは不可能
である。
又、サンドブラスト等の方法によつて支持体表面を不規
則に荒す場合は、その粗面度がロツト間に於いてバラツ
キが多く、且つ同一ロツトに於いても粗面度に不均一が
あつて、製造管理上問題がある。加えて、比較的大きな
突起がランダムに形成される機械が多く、斯かる大きな
突起が光受容層の局所的ブレークダウンをもたらしてし
まう。
又、単に支持体表面を規則的に荒した場合、第10図に示
すように、通常、支持体1001の表面の凹凸形状1003に沿
つて、光受容層1002が堆積するため、支持体1001の凹凸
の傾斜面と光受容層1002の凹凸の傾斜面とが1003′、10
04′で示すように平行になる。
したがつて、その部分では入射光は、2nd1=mλまたは
2nd1=(m+1/2)λの関係が成立ち、夫夫明部または
暗部となる。また、光受容層全体では光受容層の層厚
d1、d2、d3、d4の夫々の差の中の最大が である様な層厚の不均一性があるため明暗の縞模様が現
われる。
従つて、支持体1001表面を規則的に荒しただけでは、干
渉縞模様の発生を完全に防ぐことはできない。
又、表面を規則的に荒した支持体上に多層構成の光受容
層を堆積させた場合にも、第8図に図示の一層構成の光
受容部材のところで説明した支持体表面での正反射光
と、光受容層表面での反射光との干渉の他に、各層間の
界面での反射光による干渉が加わるため、一層構成の光
受容部材の干渉縞模様発現度合より一層複雑となる。
〔発明の目的〕
本発明は、主としてa-Siで構成された光受容層を有する
光受容部材について、上述の諸問題を排除し、各種要求
を満たすものにすることを目的とするものである。
すなわち、本発明の主たる目的は、電気的、光学的、光
導電的特性が使用環境に殆んど依存することなく実質的
に常時安定しており、耐光疲労に優れ、繰返し使用に際
しても劣化現象を起こさず耐久性、耐湿性に優れ、残留
電位が全く又は殆んど観測されなく、製造管理が容易で
ある、a-Siで構成された光受容層を有する光受容部材を
提供することにある。
本発明の別の目的は、全可視光域において光感度が高
く、とくに半導体レーザとのマツチング性に優れ、且つ
光応答の速い、a-Siで構成された光受容層を有する光受
容部材を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、高光感度性、高SN比特性及び
高電気的耐圧性を有する、a-Siで構成された光受容層を
有する光受容部材を提供することにある。
本発明の他の目的は、支持体上に設けられる層と支持体
との間や積層される層の各層間に於ける密着性に優れ、
構造配列的に緻密で安定的であり、層品質の高い、a-Si
で構成された光受容層を有する光受容部材を提供するこ
とにある。
本発明の更に他の目的は、可干渉性単色光を用いる画像
形成に適し、長期の繰り返し使用にあつても、干渉縞模
様と反転現像時の斑点の現出がなく、且つ画像欠陥や画
像のボケが全くなく、濃度が高く、ハーフトーンが鮮明
に出て且つ解像度の高い、高品質画像を得ることのでき
る、a-Siで構成された光受容層を有する光受容部材を提
供することにある。
〔発明の構成〕
本発明者らは、従来の光受容部材についての前述の諸問
題を克服して、上述の目的を達成すべく鋭意研究を重ね
た結果、下述する知見を得、該知見に基づいて本発明を
完成するに至つた。
本発明は、周期的な、螺旋構造を形成する凸部を有する
円筒状支持体の表面上に、シリコン原子と、ゲルマニウ
ム原子及びスズ原子の少なくともいずれか一方とを含有
する非晶質材料で構成された感光層を少なくとも有する
多層構成の光受容層を有する光受容部材であって、前記
円筒状支持体の表面が、該円筒状支持体の中心軸を含む
面での前記凸部の断面形状が主ピークに副ピークが重畳
している凸状形状とされ、該主ピークの1周期の大きさ
が前記円筒状支持体に照射される可干渉性照射光の径よ
り小さくされ、且つ、該円筒状支持体表面上の前記光受
容層が、ショートレンジ内に少なくとも一対の非平行な
界面を有し、該非平行な界面が層厚方向と垂直な面内の
少なくとも一方向に多数配列しているものであることを
特徴とする光受容部材に関する。
ところで、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、得た知
見は、概要、支持体上に複数の層を有する光受容部材に
おいて、該光受容部材に要求される解像度よりも微小な
凹凸形状を支持体表面に形成するとともに、該凹凸形状
の1周期内の微小部分(以下、「ショートレンジ」と称
す。)内に、少なくとも一対の非平行な界面を有するよ
うにし、該非平行な界面を層厚方向と垂直な面内の少な
くとも一方向に多数配列せしめ、た場合、画像形成時に
現われる干渉縞模様の問題が解消されること、そして、
その場合、支持体表面に設ける凹凸の凸部の縦断面形状
は、ショートレンジ内に形成される各層の層厚の管理さ
れた不均一化、支持体と支持体上に直接設けられる層と
の間の良好な密着性、あるいはさらに、所望の電気的接
触性等を確保するために、主ピークに副ピークが重畳し
た形状を呈することが望ましいというものである。
この知見は、本発明者らが試みた各種の実験により得た
事実関係に基づくものである。
このところを、理解を容易にするため、図面を用いて以
下に説明する。
第1図は、本発明に係る多層構成の光受容層を有する光
受容部材の一例を示す模式図である。この例では、支持
体101の表面が、主ピークに副ピークが重畳して複数の
微小な凹凸形状をなしている断面形状のものであり、該
支持体101上に、その凹凸形に沿つて、第一の層102と第
二の層103とからなる光受容層を備えている。
第2乃至4図は、本発明の光受容部材において干渉縞模
様の問題が解消されるところを説明するための図であ
る。
第2(A)図は、第1図に示す光受容部材の光受容層の
一部を拡大して示した図であり、第2(B)図は同部分
における明るさを示す図であり、図中、202は第一の
層、203は第二の層、204は自由表面、205は第一の層と
第二の層との界面を示している。第2(A)図に示すご
とく、第二の層203の層厚は、ショートレンジl内にお
いてd21からd22に連続的に変化しているため、自由表面
204と界面205とは互いに異なる傾きを有している。した
がつて、このショートレンジl内に入射したレーザー光
等の可干渉性光は、該ショートレンジlにおいて干渉を
おこし、微小な干渉縞模様が生成はする。しかし、ショ
ートレンジlにおいて生ずる干渉縞は、ショートレンジ
lの大きさが照射光スポツト径より小さい、即ち、解像
度限界より小さいため、画像に現われることはない。
又、ほとんどないことではあるが、仮に、画像に現われ
る状況が生じたとしても肉眼の分解能以下なので、実質
的には何等の支障もない。
一方、第3図(但し図中、302は第一の層、303は第二の
層、304は自由表面、305は第一の層302と第二の層303と
の界面を示す。)に示すように、第一の層302と第二の
層303との界面305と、自由表面304とが非平行である
(第3(A)図参照)場合には、入射光I0に対する反射
光R1と出射光R3とはその進行方向が異なるため、界面30
5と自由表面304とが平行である(第3(B)図参照)場
合に比べて、干渉の度合が減少する。即ち、干渉が生じ
ても、第3(C)図に示すごとく、一対の界面が平行な
関係にある場合よりも、一対の界面が非平行な関係にあ
る場合の方が干渉の度合いが小さくなるため、干渉縞模
様の明暗の差が無視しうる程度に小さくなり、その結
果、入射光量は平均化される。
このことは、第2(C)図に示すように、第二の層203
の層厚がマクロ的に不均一である場合、即ち、異なる任
意の2つの位置における第二の層の層厚d23、d24がd23
≠d24である場合であつても同様であつて、全層領域に
おいて入射する光量は第2(D)図に示すように均一と
なる。
以上、光受容層が第一の層と第二の層とで構成されてい
る場合について記載したが、本発明の光受容部材が3層
以上の多層構成の光受容層を有している場合、例えば、
第4図に示すように支持体401上に形成される光受容層
が、第一の層402、第二の層403、および第三の層404と
から構成される場合であつても、入射光I0に対して、反
射光R1、R2、R3、R4およびR5が存在するが、402、403お
よび404の各層において、第3図によつて説明したごと
き入射する光量が平均化される現象が生ずる。
その上、ショートレンジl内の各層の界面は、一種のス
リツトとして働き、そこで回折現象を生じる。
そのため、各層での干渉は、層厚の差による干渉と、層
界面の回析による干渉との積として現われる。
したがつて、光受容層全体で考えると、干渉は夫々の層
での相乗効果となるため、本発明の光受容部材において
は第一の層を構成する層の数が増大するにつれ、より一
層干渉による影響を防止することができる。
以上の実験的に確認された事実関係をもつてする前述の
構成の本発明の光受容部材の支持体は、その表面が光受
容部材に要求される解像力よりも微小な凹凸を有し、し
かも該凹凸の断面形状が、主ピークに副ピークが重畳し
た形状を呈しているものである。
かくなる表面形状を有する支持体の使用は、その上に光
受容層が形成されてなる光受容部材を、光受容層を通過
した光が支持体表面で反射することにより干渉し形成さ
れる画像が縞模様となることを効率的に防止し、優れた
画像を形成することにつながる。
本発明の光受容部材の支持体の表面について、好適な凹
凸形状の主ピークの1周期の大きさlは、照射光のスポ
ツト径をLとすれば、l≦Lの関係にあることが必要で
ある。
また、本発明の光受容部材の多層構成の光受容層は、シ
リコン原子と、ゲルマニウム原子又はスズ原子の少なく
ともいずれか一方とを含有するアモルフアス材料で構成
され、特に望ましくはシリコン原子(Si)と、ゲルマニ
ウム原子(Ge)又はスズ原子(Sn)の少なくともいずれ
か一方と、水素原子(H)はハロゲン原子(X)の少な
くともいずれか一方とを含有するアモルフアス材料〔以
下、「a-Si(Ge,Sn)(H,X)」と表記する。〕で構成さ
れた感光層を少なくとも有し、さらに必要に応じて周期
律表第III族または第V族に属する原子(伝導性を制御
する物質)を含有せしめることができる。そして、該光
受容層は、伝導性を制御する物質を含有する電荷注入阻
止層を構成層の1つとして有するか、または/及び障壁
層を構成層の1つとして有することが望ましい。
本発明の光受容部材においては、前述の表面形状を有す
る支持体と、該支持体上に形成される光受容層とは密接
に関係する。即ち、本発明の光受容部材にあつては、支
持体上に、第一の層と第二の層とを積層して有し、さら
に第一の層にあつては、後で詳述するように、干渉を防
止することを目的として、第一の層の支持体側の端部に
ゲルマニウム原子又は/及びスズ原子を比較的多量に含
有する局在領域を形成せしめるか、又は/及び第一の層
の支持体側の端部に伝導性を制御する物質を比較的多量
に含有する局在領域(すなわち、電荷阻止層)を形成せ
しめるか、又は/及び第一の層の支持体側の端部に障壁
層を形成することが望ましく、こうした構成の本発明の
光受容部材は支持体上に複数の層による複数の界面が形
成されることとなるが、本発明の光受容部材において
は、ショートレンジl内に少なくとも一対の非平行な界
面が存在するようにされる。
そして、本発明の目的をより効果的に達成するために
は、ショートレンジlに於ける層厚の差、例えば前述の
第2(A)図におけるd21とd22の差は、照射光の波長を
λとすると、次式: を満足することが望ましい。そして該層厚の差の上限
は、好ましくは0.1μm〜2μm、より好ましくは0.1μ
m〜1.5μm、最適には0.2μm〜1μmとすることが望
ましい。
前述のごとく、本発明の光受容部材においては、ショー
トレンジl内において、少なくともいずれか2つの界面
が非平行な関係にあるように各層の層厚が制御される
が、この条件を満たす限りにおいて、平行な関係にある
界面が存在してもよい。但し、その場合、平行な関係に
ある界面について、任意の2つの位置をとつて、それら
の位置における層厚の差をΔlとし、照射光の波長を
λ、層の屈折率をnとした場合、次式: を満足するように層又は層領域を形成するのが望まし
い。
本発明の第一の層及び第二の層の作成については、本発
明の前述の目的を効率的に達成するために、その層厚を
光学的レベルで正確に制御する必要があることから、グ
ロー放電法、スパツタリング法、イオンプレーテイング
法等の真空堆積法が通常使用されるが、これらの他、光
CVD法、熱CVD法等を採用することもできる。
以下、第1図により本発明の光受容部材の具体的構成に
ついて詳しく説明する。
第1図は、本発明の光受容部材の層構成を説明するため
に模式的に示した図であり、図中、100は光受容部材、1
01は支持体、102は第一の層、103は第二の層、104は自
由表面を示す。
支持体 本発明の光受容部材における支持体101は、その表面が
光受容部材に要求される解像力よりも微小な凹凸を有
し、しかも該凹凸の断面形状が、主ピークに副ピークが
重畳した形状を呈しているものである。
支持体表面に設けられる該凹凸形状は、化学的エツチン
グ、電気メツキ等の化学的方法、蒸着、スパツタリング
などの物理的方法、旋盤加工などの機械的方法などによ
つて形成されるが、生産管理を容易に行なうためには、
旋盤などの機械的加工方法が好ましい。
たとえば、支持体の表面を旋盤で加工する場合、V字形
状の切刃を有するバイトをフライス盤、旋盤等の切削加
工機械の所定位置に固定し、例えば円筒状支持体を予め
所望に従つて設計されたプログラムに従つて回転させな
がら規則的に所定方向に移動させることにより、支持体
表面を正確に切削加工することで、所望の凹凸形状、ピ
ツチ、深さで形成される。この様な切削加工法によつて
形成される凹凸が作り出す線状突起部は、円筒状支持体
の中心軸を中心にした螺旋構造を有する。突起部の螺旋
構造は、二重、三重の多重螺線構造、又は、交叉螺線構
造としてもよい。あるいは、螺線構造に加えて、中心軸
に沿つた直線構造を導入してもよい。
また、前記凹凸形状は、本発明の目的を効率的に達成す
るために、規則的、または周期的に配列されていること
が好ましい。更に、これに加えて、入射光を効率よく一
方向に散乱するために、前記凹凸形状が、その主ピーク
を中心に対称(第5図(A))、または、非対称(第5
図(B))に統一されていることが好ましい。しかし、
支持体の加工管理の自由度を高めるためには、両方が混
在しているのがよい。
本発明に於ては、管理された状態で支持体表面に設けら
れる微小な凹凸の各デイメンジヨンは、以下の点を考慮
した上で、本発明の目的を効果的に達成出来る様に設定
される。
即ち、第1には光受容層を構成するa-Si層は、層形成さ
れる表面の状態に構造敏感であつて、表面状態に応じて
層品質は大きく変化する。
従つて、a-Si層の層品質の低下を招来しない様に支持体
表面に設けられる微小な凹凸のデイメンジヨンを設定す
る必要がある。
第2には光受容層の自由表面に極端な凹凸があると、画
像形成後のクリーニングに於てクリーニングを完全に行
なうことが出来なくなる。
また、ブレードクリーニングを行う場合、ブレードのい
たみが早くなるという問題がある。
上記した層堆積上の問題点、電子写真法のプロセス上の
問題点および、干渉縞模様を防ぐ条件を検討した結果、
支持体表面の凹部のピツチは、0.3μm〜500μm、好ま
しくは1μm〜200μm、より好ましくは5μm〜50μ
mであるのが望ましい。
又凹部の最大の深さは、好ましくは0.1μmから5μ
m、より好ましくは0.3μm〜3μm、最適には0.6μm
〜2μmとされるのが望ましい。支持体表面の凹部のピ
ツチと最大深さが上記の範囲にある場合、凹部(又は線
状突起部)の傾斜面の傾きは、好ましくは1度〜20度、
より好ましくは3度〜15度、最適には4度〜10度とする
のが望ましい。
本発明に用いる支持体101は、導電性のものであつて
も、また電気絶縁性のものであつてもよい。導電性支持
体としては、例えば、NiCr、ステンレス、Al、Cr、Mo、
Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb等の金属又はこれ等の合金
が挙げられる。
電気絶縁性支持体としては、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、セルロース、アセテート、ポリ
プロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフイルム又はシ
ート、ガラス、セラミツク、紙等が挙げられる。これ等
の電気絶縁性支持体は、好適には少なくともその一方の
表面を導電処理し、該導電処理された表面側に光受容層
を設けるのが望ましい。
例えば、ガラスであれば、その表面に、NiCr、Al、Cr、
Mo、Au、Ir、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pd、In2O3、SnO2、I
TO(In2O3+SnO2)等から成る薄膜を設けることによつ
て導電性を付与し、或いはポリエステルフイルム等の合
成樹脂フイルムであれば、NiCr、Al、Ag、Pb、Zn、Ni、
Au、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、Tl、Pt等の金属の薄膜を
真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパツタリング等でその表
面に設け、又は前記金属でその表面をラミネート処理し
て、その表面に導電性を付与する。支持体の形状は、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、所望によつて、その形状は適宜に決めること
のできるものである。例えば、第1図の光受容部材100
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、無端ベルト状又は円筒状とする
のが望ましい。支持体の厚さは、所望通りの光受容部材
を形成しうる様に適宜決定するが、光受容部材として可
撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分
発揮される範囲内で可能な限り薄くすることができる。
しかしながら、支持体の製造上及び取扱上、機械的な強
度等の点から、通常は、10μ以上とされる。
光受容層 本発明の光受容部材においては、前述の支持体101上
に、シリコン原子を母体とし、ゲルマニウム原子又は/
及びスズ原子、さらに必要に応じて水素原子又は/及び
ハロゲン原子を含有する非晶質材料で構成され、光導電
性を有する光受容層102が積層されており、該光受容層
は自由表面103を一方の端面に有している。さらに、該
光受容層には、必要に応じて伝導性を制御する物質を含
有せしめることもできる。
ところで、本発明の光受容部材の光受容層にゲルマニウ
ム原子及び/又はスズ原子を含有せしめる目的は、主と
して該光受容部材の長波長側における吸収スペクトル特
性を向上せしめることにある。
即ち、前記光受容層中にゲルマニウム原子又は/及びス
ズ原子を含有せしめることにより、本発明の光受容部材
は、各種の優れた特性を示すところのものとなるが、中
でも特に可視光領域をふくむ比較的短波長から比較的長
波長迄の全領域の波長の光に対して光感度が優れ光応答
性の速いものとなる。そしてこのことは、半導体レーザ
ーを光源とした場合に特に顕著である。
本発明における光受容層においては、ゲルマニウム原子
又は/及びスズ原子は、その全層領域に均一な分布状態
で含有せしめるかあるいは不均一な分布状態で含有せし
めるものである。(ここで均一な分布状態とは、ゲルマ
ニウム原子又は/及びスズ原子の分布濃度が、光受容層
の支持体表面と平行な面方向において均一であり、光受
容層の層厚方向にも均一であることをいい、又、不均一
な分布状態とは、ゲルマニウム原子又は/及びスズ原子
の分布濃度が、光受容層の支持体表面と平行な面方向に
は均一であるが、光受容層の層厚方向には不均一である
ことをいう。) そして、本発明の光受容層においては、特に支持体側の
端部にゲルマニウム原子及び/又はスズ原子を比較的多
量に均一な分布状態で含有する層を設けるか、あるいは
自由表面側よりも支持体側の方に多く分布した状態とな
る様にゲルマニウム原子又は/及びスズ原子を含有せし
めることが望ましく、こうした場合、支持体側の端部に
おいてゲルマニウム原子又は/及びスズ原子の分布濃度
を極端に大きくすることにより、半導体レーザー等の長
波長の光源を用いた場合に、光受容層の自由表面側に近
い構成層又は層領域においては殆んど吸収しきれない長
波長の光を、光受容層の支持体と接する構成層又は層領
域において実質的に完全に吸収されるため、支持体表面
からの反射光による干渉が防止されるようになる。
前述のごとく、本発明の光受容層においては、ゲルマニ
ウム原子又は/及びスズ原子を全層領域において均一に
分布せしめることもでき、また層厚方向に連続的かつ不
均一に分布せしめることもできるが、以下、層厚方向の
分布状態の典型的な例のいくつかを、ゲルマニウム原子
を例として、第11乃至19図により説明する。
第11図乃至第19図において、横軸はゲルマニウム原子の
分布濃度Cを、縦軸は、光受容層の層厚を示し、tBは支
持体側の光受容層の端面の位置を、tTは支持体側とは反
対側の自由表面側の端面の位置を示す。即ち、ゲルマニ
ウム原子の含有される光受容層はtB側よりtT側に向つて
層形成がなされる。
尚、各図に於いて、層厚及び濃度の表示はそのままの値
で示すと各々の図の違いが明確でなくなる為、極端な形
で図示しており、これらの図はあくまでも理解を容易に
するための説明のための模式的なものである。
第11図には、光受容層中に含有されるゲルマニウム原子
の層厚方向の分布状態の第1の典型例が示される。
第11図に示される例では、ゲルマニウム原子の含有され
る光受容層が形成される支持体表面と光受容層とが接す
る界面位置tBよりt1の位置までは、ゲルマニウム原子の
分布濃度Cが濃度C1なる一定の値を取り乍らゲルマニウ
ム原子が光受容層に含有され、位置t1よりは濃度C2より
位置tTに至るまで徐々に連続的に減少されている。位置
tTにおいてはゲルマニウム原子の分布濃度Cは実質的に
ゼロとされる。
(ここで実質的にゼロとは検出限界量未満の場合であ
る)。
第12図に示される例においては、含有されるゲルマニウ
ム原子の分布濃度Cは位置tBより位置tTに至るまで濃度
C3から徐々に連続的に減少して位置tTにおいて濃度C4
なる様な分布状態を形成している。
第13図の場合には、位置tBより位置t2までは、ゲルマニ
ウム原子の分布濃度Cは濃度C5と一定位置とされ、位置
t2と位置tTとの間において、徐々に連続的に減少され、
位置tTにおいて、分布濃度Cは実質的にゼロとされてい
る。
第14図の場合には、ゲルマニウム原子の分布濃度Cは位
置tBより位置tTに至るまで、濃度C6より初め連続的に徐
々に減少され、位置t3よりは急速に連続的に減少されて
位置tTにおいて実質的にゼロとされている。
第15図に示す例に於ては、ゲルマニウム原子の分布濃度
Cは、位置tBと位置t4間においては、濃度C7と一定値で
あり、位置tTに於ては分布濃度Cはゼロとされる。位置
t4と位置tTとの間では、分布濃度Cは一次関数的に位置
t4より位置tTに至るまで減少されている。
第16図に示される例においては、分布濃度Cは位置tB
り位置t5までは濃度C8の一定値を取り、位置t5より位置
tTまでは濃度C9より濃度C10まで一次関数的に減少する
分布状態とされている。
第17図に示す例においては、位置tBより位置tTに至るま
で、ゲルマニウム原子の分布濃度Cは濃度C11より一次
関数的に減少されて、ゼロに至つている。
第18図においては、位置tBより位置t6に至るまではゲル
マニウム原子の分布濃度Cは、濃度C12より濃度C13まで
一次関数的に減少され、位置t6と位置tTとの間において
は、濃度C13の一定値とされた例が示されている。
第19図に示される例において、ゲルマニウム原子の分布
濃度Cは、位置tBにおいて濃度C14であり、位置t7に至
るまではこの濃度C14より初めはゆつくりと減少され、t
7の位置付近においては、急激に減少されて位置t7では
濃度C15とされる。
位置t7と位置t8との間においては、初め急激に減少され
て、その後は、緩やかに徐々に減少されて位置t8で濃度
C16となり、位置t8と位置t9との間では、徐々に減少さ
れて位置t9において、濃度C17に至る。位置t9と位置tT
との間においては濃度C17より実質的にゼロになる様に
図に示す如き形状の曲線に従つて減少されている。
以上、第11図乃至第19図により、光受容層中に含有され
るゲルマニウム原子又は/及びスズ原子の層厚方向の分
布状態の典型例の幾つかを説明した様に、本発明の光受
容部材においては、支持体側において、ゲルマニウム原
子又は/及びスズ原子の分布濃度Cの高い部分を有し、
端面tT側においては、前記分布濃度Cは支持体側に比べ
てかなり低くされた部分を有するゲルマニウム原子又は
/及びスズ原子の分布状態が光受容層に設けられている
のが望ましい。
即ち、本発明における光受容部材を構成する光受容層
は、好ましくは、上述した様に支持体側の方にゲルマニ
ウム原子又は/及びスズ原子が比較的高濃度で含有され
ている局在領域を有するのが望ましい。
本発明の光受容部材に於ては、局在領域は、第11図乃至
第19図に示す記号を用いて説明すれば、界面位置tBより
5μ以内に設けられるのが望ましい。
そして、上記局在領域は界面位置tBより5μ厚までの全
層領域とされる場合もあるし、又、該層領域の一部とさ
れる場合もある。
局在領域を層領域の一部とするか又は全部とするかは、
形成される光受容層に要求される特性に従つて適宜決め
られる。
局在領域はその中に含有されるゲルマニウム原子又は/
及びスズ原子の層厚方向の分布状態としてゲルマニウム
原子又は/及びスズ原子の分布濃度の最大値Cmaxがシリ
コン原子に対して、好ましくは1000atomic ppm以上、よ
り好適には5000atomic ppm以上、最適には1×104atomi
c ppm以上とされる様な分布状態となり得る様に層形成
されるのが望ましい。
即ち、本発明の光受容部材においては、ゲルマニウム原
子又は/及びスズ原子の含有される光受容層は、支持体
側からの層厚で5μ以内(tBから5μ厚の層領域)に分
布濃度の最大値Cmaxが存在する様に形成されるのが好ま
しいものである。
本発明の光受容部材において、光受容層中に含有せしめ
るゲルマニウム原子又は/及びスズ原子の含有量は、本
発明の目的を効率的に達成しうる様に所望に従つて適宜
決める必要があり、通常は1〜6×105atomic ppmとす
るが、好ましくは10〜3×105atomic ppm、より好まし
くは1×102〜2×105atomic ppmとする。
また、本発明の光受容部材において、光受容層の層厚
は、本発明の目的を効率的に達成するには重要な要因の
1つであつて、光受容部材に所望の特性が与えられるよ
うに、光受容部材の設計の際には充分な注意を払う必要
があり、通常は1〜100μとするが、好ましくは1〜80
μ、より好ましくは20〜50μとする。
本発明の光受容部材においては光受容層に伝導性を制御
する物質を、全層領域又は一部の層領域に均一又は不均
一な分布状態で含有せしめることができる。
前記伝導性を制御する物質としては、半導体分野におい
ていういわゆる不純物を挙げることができ、P型伝導性
を与える周期律第III族に属する原子(以下単に「第III
族原子」と称す。)、又は、n型伝導性を与える周期律
表第V族に属する原子(以下単に「第V族原子」と称
す。)が使用される。具体的には、第III族原子として
は、B(硼素)、Al(アルミニウム)、Ga(ガリウ
ム)、In(インジウム)、Tl(タリウム)等を挙げるこ
とができるが、特に好ましいものは、B、Gaである。ま
た第V族原子としては、P(燐)、As(砒素)、Sb(ア
ンチモン)、Bi(ビスマン)等を挙げることができる
が、特に好ましいものは、P、Sbである。
本発明の光受容層に伝導性を制御する物質である第III
族原子又は第V族原子を含有せしめる場合、全層領域に
含有せしめるか、あるいは一部の層領域に含有せしめる
かは、後述するように目的とするところ乃至期待する作
用効果によつて異なり、含有せしめる量も異なるところ
となる。
すなわち、光受容層の伝導型又は/及び伝導率を制御す
ることを主たる目的にする場合には、光受容層の全層領
域中に含有せしめ、この場合、第III族原子又は第V族
原子の含有量は比較的わずかでよく、通常は1×10-3
1×103atomic ppmであり、好ましくは5×10-2〜5×1
02atomic ppm、最適には1×10-1〜2×102atomic ppm
である。
また、支持体と接する一部の層領域に第III族原子又は
第V族原子を均一な分布状態で含有せしめるか、あるい
は層厚方向における第III族原子又は第V族原子の分布
濃度が、支持体と接する側において高濃度となるように
含有せしめる場合には、こうした第III族原子又は第V
族原子を含有する一部の層領域あるいは高濃度に含有す
る領域は、電荷注入阻止層として機能するところとな
る。即ち、第III族原子を含有せしめた場合には、光受
容層の自由表面が極性に帯電処理を受けた際に、支持
体側から光受容層中へ注入される電子の移動をより効率
的に阻止することができ、又、第V族原子を含有せしめ
た場合には、光受容層の自由表面が極性に帯電処理を
受けた際に、支持体側から光受容層中へ注入される正孔
の移動をより効率的に阻止することができる。そして、
こうした場合の含有量は比較的多量であつて、具体的に
は、30〜5×104atomic ppm、好ましくは50〜1×104at
omic ppm、最適には1×102〜5×103atomic ppmとす
る。さらに、該電荷注入阻止層としての効果を効率的に
奏するためには、第III族原子又は第V族原子を含有す
る支持体側の端部に設けられる層又は層領域の層厚をt
とし、光受容層の層厚をTとした場合、t/T≦0.4の関係
が成立することが望ましく、より好ましくは該関係式の
値が0.35以下、最適には0.3以下となるようにするのが
望ましい。また、該層又は層領域の層厚tは、一般的に
は3×10-3〜10μとするが、好ましくは4×10-3〜8
μ、最適には5×10-3〜5μとするのが望ましい。
次に光受容層に含有せしめる第III族原子又は第V族原
子の量が、支持体側においては比較的多量であつて、支
持体側から自由表面を有する側に向つて減少し、光受容
層の自由表面付近においては、比較的少量となるかある
いは実質的にゼロに近くなるように第III族原子又は第
V族原子を分布させる場合の典型的例のいくつかを、第
20図乃至第28図によつて説明するが、本発明はこれらの
例によつて限定されるものではない。各図において、横
軸は第III族原子又は第V族原子の分布濃度Cを、縦軸
は光受容層の層厚を示し、tBは支持体と光受容層との界
面位置を、tTは光受容層の自由表面側の端面の位置を示
す。
第20図は、光受容層中に含有せしめる第III族原子又は
第V族原子の層厚方向の分布状態の第一の典型例を示し
ている。該例では、第III族原子又は第V族原子を含有
する光受容層と支持体表面とが接する界面位置tBより位
置t1までは、第III族原子又は第V族原子の分布濃度C
がC1なる一定値をとり、位置t1より自由表面側の端面位
置tTまでは、第III族原子又は第V族原子の分布濃度C
が濃度C2から連続的に減少し、位置tTにおいては第III
族原子又第V族原子の分布濃度CがC3となる。
第21図は、他の典型例の1つを示している。該例では、
光受容層に含有せしめる第III族原子又は第V族原子の
分布濃度Cは、位置tBから位置tTにいたるまで、濃度C4
から連続的に減少し、位置tTにおいて濃度C5となる。
第22図に示す例では、位置tBから位置t2までは第III族
原子又は第V族原子の分布濃度Cが濃度C6なる一定値を
保ち、位置t2から位置tTにいたるまでは、第III族原子
又は第V族原子の分布濃度Cは濃度C7から徐々に連続的
に減少して位置tTにおいては第III族原子又は第V族原
子の分布濃度Cは実質的にゼロとなる。但し、ここで実
質的にゼロとは、検出限界量未満の場合をいう。
第23図に示す例では、第III族原子又は第V族原子の分
布濃度Cは位置tBより位置tTにいたるまで、濃度C8から
連続的に徐々に減少し、位置tTにおいては第III族原子
又は第V族原子の分布濃度Cは実質的にゼロとなる。
第24図に示す例では、第III族原子又は第V族原子の分
布濃度Cは、位置tBより位置t3の間においては濃度C9
一定値にあり、位置t3から位置tTの間においては、濃度
C9から濃度C10となるまで、一次関数的に減少する。
第25図に示す例では、第III族原子又は第V族原子の分
子濃度Cは、位置tBより位置t4にいたるまでは濃度C11
の一定値にあり、位置t4より位置tTまでは濃度C12から
濃度C13となるまで一次関数的に減少する。
第26図に示す例においては、第III族原子又は第V族原
子の分布濃度Cは、位置tBから位置tTにいたるまで、濃
度C14から実質的にゼロとなるまで一次関数的に減少す
る。
第27図に示す例では、第III族原子又は第V族原子の分
布濃度Cは、位置tBから位置t5にいたるまで濃度C15
ら濃度C16となるまで一次関数的に減少し、位置tBから
位置tTまでは濃度C16の一定値を保つ。
最後に、第28図に示す例では、第III族原子又は第V族
原子の分布濃度Cは、位置tBにおいて濃度C17であり、
位置tBから位置t6までは濃度C17からはじめはゆつくり
減少して、位置t6付近では急激に減少し、位置t6では濃
度C18となる。次に、位置t6から位置t7までははじめの
うちは急激に減少し、その後は緩かに徐々に減少し、位
置t7においては濃度C19となる。更に位置t7と位置t8
間では極めてゆつくりと徐々に減少し、位置t8において
濃度C10となる。また、更に、位置t8から位置tTにいた
るまでは、濃度C20から実質的にゼロとなるまで徐々に
減少する。
第20図〜第28図に示した例のごとく、光受容層の支持体
側に近い側に第III族原子又は第V族原子の分布濃度C
の高い部分を有し、光受容層の自由表面側においては、
該分布濃度Cがかなり低い濃度の部分あるいは実質的に
ゼロに近い濃度の部分を有する場合にあつては、支持体
側に近い部分に第III族原子又は第V族原子の分布濃度
が比較的高濃度である局在領域を設けること、好ましく
は該局在領域を支持体表面と接触する界面位置から5μ
以内に設けることにより、第III族原子又は第V族原子
の分布濃度が高濃度である層領域が電荷注入阻止層を形
成するという前述の作用効果がより一層効率的に奏され
る。
以上、第III族原子又は第V族原子の分布状態につい
て、個々に各々の作用効果を記述したが、所望の目的を
達成しうる特性を有する光受容部材を得るについては、
これらの第III族原子又は第V族原子の分布状態および
光受容層に含有せしめる第III族原子又は第V族原子の
量を、必要に応じて適宜組み合わせて用いるものである
ことは、いうまでもない。例えば、光受容層の支持体側
の端部に電荷注入阻止層を設けた場合、電荷注入阻止層
以外の光受容層中に、電荷注入阻止層に含有された伝導
性を制御する物質の極性とは別の極性の伝導性を制御す
る物質を含有せしめてもよく、あるいは、同極性の伝導
性を制御する物質を、電荷注入阻止層に含有される量よ
りも一段と少ない量にして含有せしめてもよい。
さらに、本発明の光受容部材においては、支持体側の端
部に設ける構成層として、電荷注入阻止層の代わりに、
電気絶縁性材料から成るいわゆる障壁層を設けることも
でき、あるいは、該障壁層と電荷注入阻止層との両方を
構成層とすることもできる。こうした障壁層を構成する
材料としては、Al2O3、SiO2、Si3N4等の無機電気絶縁材
料やポリカーボネート等の有機電気絶縁材料を挙げるこ
とができる。
本発明の光受容部材は前記のごとき層構成としたことに
より、前記したアモルフアスシリコンで構成された光受
容層を有する光受容部材の諸問題の総てを解決でき、特
に、可干渉性の単色光であるレーザー光を光源として用
いた場合にも、干渉現象による形成画像における干渉縞
模様の現出を顕著に防止し、きわめて良質な可視画像を
形成することができる。
また、本発明の光受容部材は、全可視光域に於いて光感
度が高く、また、特に長波長側の光感度特性に優れてい
るため殊に半導体レーザーとのマツチングに優れ、且つ
光応答が早く、さらに極めて優れた電気的、光学的、光
導電的特性、電気的耐圧性及び使用環境特性を示す。
殊に、電子写真用光受容部材として適用された場合に
は、画像形成への残留電位の影響が全くなく、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
あつて、耐光疲労、繰返し使用特性に長け、濃度が高
く、ハーフトーンが鮮明に出て、且つ解像度の高い高品
質の画像を安定して繰返し得ることができる。
次に本発明の光受容層の形成方法について説明する。
本発明の光受容層を構成する非晶質材料はいずれもグロ
ー放電法、スパツタリング法、或いはイオンプレーテイ
ング法等の放電現象を利用する真空堆積法によつて行わ
れる。これ等の製造法は、製造条件、設備資本投下の負
荷程度、製造規模、作製される光受容部材に所望される
特性等の要因によつて適宜選択されて採用されるが、所
望の特性を有する光受容部材を製造するに当つての条件
の制御が比較的容易であり、シリコン原子と共に炭素原
子及び水素原子の導入を容易に行い得る等のことからし
て、グロー放電法或いはスパツタリング法が好適であ
る。そして、グロー放電法とスパツタリング法とを同一
装置系内で併用して形成してもよい。
グロー放電法によつてa-siGe(H,X)で構成される光受
容層を形成するには、シリコン原子(Si)を供給しうる
Si供給用の原料ガスと、ゲルマニウム原子(Ge)を供給
しうるGe供給用の原料ガスと、水素原子(H)又は/及
びハロゲン原子(X)を供給しうる水素原子(H)又は
/及びハロゲン原子(X)供給用の原料ガスを、内部を
減圧にしうる堆積室内に所望のガス圧状態で導入し、該
堆積室内にグロー放電を生起せしめて、予め所定位置に
設定してある所定の支持体表面上に、a-siGe(H,X)で
構成される層を形成する。
前記Si供給用の原料ガスとなりうる物質としては、Si
H4、Si2H6、Si3H8、Si4H10等のガス状態の又はガス化し
うる水素化硅素(シラン類)が挙げられ、特に、層作成
作業時の取扱い易さ、Si供給効率の良さ等の点から、Si
H4およびSi2H6が好ましい。
また、前記Ge供給用の原料ガスとなりうる物質として
は、GeH4、Ge2H6、Ge3H8、Ge4H10、Ge5H12、Ge6H14、Ge
7H16、Ge8H18、Ge9H20等のガス状態の又はガス化しうる
水素化ゲルマニウムを用いることができる。特に、層作
成作業時の取扱い易さ、Ge供給効率の良さ等の点から、
GeH4、Ge2H6、およびGe3H8が好ましい。
更に、前記ハロゲン原子供給用の原料ガスとなりうる物
質としては、多くのハロゲン化合物があり、例えばハロ
ゲンガス、ハロゲン化物、ハロゲン間化合物、ハロゲン
で置換されたシラン誘導体等のガス状態の又はガス化し
うるハロゲン化合物を用いることができる。具体的に
は、フツ素、塩素、臭素、ヨウ素のハロゲンガス、Br
F、ClF、ClF3、BrF3、BrF5、IF3、IF7、ICl、IBr等のハ
ロゲン間化合物、およびSiF4、Si2F6、SiCl4、SiBr4
のハロゲン化硼素等が好ましいものとして挙げられる。
上述のごときハロゲン原子を含む硅素化合物のガス状態
のもの又はガス化しうるものを原料ガスとしてグロー放
電法により形成する場合には、Si原子供給用原料ガスと
しての水素化硅素ガスを使用することなく、所定の支持
体上にハロゲン原子を含有するa-siで構成される層を形
成することができるので、特に有効である。
グロー放電法を用いて光受容層を形成する場合には、基
本的には、Si供給用の原料ガスとなるハロゲン化硅素と
Ge供給用の原料となる水素化ゲルマニウムとAr、H2、He
等のガスとを所定の混合比とガス流量になるようにして
堆積室に導入し、グロー放電を生起してこれ等のガスの
プラズマ雰囲気を形成することにより、支持体上に光受
容層を形成するものであるが、電気的あるいは光電的特
性の制御という点で極めて有効であるところの水素原子
(H)の含有量の制御を一層容易にするためには、これ
等のガスに更に水素原子供給用の原料ガスを混合するこ
ともできる。該水素原子供給用のガスとしては、水素ガ
スあるいは、SiH4、Si2H6、Si3H8、Si4H10等の水素化硅
素のガスが用いられる。また、水素原子供給用ガスとし
て、HF、HCl、HBr、HI等のハロゲン化物、SiH2F2、SiH2
I2、SiH2Cl2、SiHCl3、SiH2Br2、SiHBr5等のハロゲン置
換水素化硅素等のガス状態のあるいはガス化しうるもの
を用いた場合には、ハロゲン原子(X)の導入と同時に
水素原子(H)も導入されるので、有効である。
スパツタリング法によつてa-SiGe(H,X)で構成される
光受容層を形成するには、シリコンから成るターゲツト
と、ゲルマニウムから成るターゲツトとの二枚を、ある
いは、シリコンとゲルマニウムからなるターゲツトを用
い、これ等を所望のガス雰囲気中でスパツタリングする
ことによつて行なう。
イオンプレーテイング法を用いて光受容層を形成する場
合には、例えば、多結晶シリコン又は単結晶シリコンと
多結晶ゲルマニウム又は単結晶ゲルマニウムとを夫々蒸
発源として蒸着ボートに収容し、この蒸発源を抵抗加熱
法あるいはエレクトロンビーム法(E.B.法)等によつて
加熱蒸発させ、飛翔蒸発物を所望のガスプラズマ雰囲気
中を通過せしめることで行ない得る。
スパツタリング法およびイオンプレーテイング法のいず
れの場合にも、形成する層中にハロゲン原子を含有せし
めるには、前述のハロゲン化物又はハロゲン原子を含む
硅素化合物のガスを堆積室中に導入し、該ガスのプラズ
マ雰囲気を形成すればよい。又、水素原子を導入する場
合には、水素原子供給用の原料ガス、例えばH2あるいは
前記した水素化シラン類又は/及び水素化ゲルマニウム
等のガス類をスパツタリング用の堆積室内に導入してこ
れ等のガス類のプラズマ雰囲気を形成すればよい。さら
にハロゲン原子供給用の原料ガスとしては、前記のハロ
ゲン化物或いはハロゲンを含む硅素化合物が有効なもの
として挙げられるが、その他に、HF、HCl、HBr、HI等の
ハロゲン化水素、SiH2F2、SiH2I2、SiH2Cl2、SiHCl3、S
iH2Br2、SiHBr3等のハロゲン置換水素化硅素、およびGe
HF3、GeH2F2、GeH3F、GeHCl3、GeH2Cl2、GeH3Cl、GeHBr
3、GeH2Br2、GeH3Br、GeHI3、GeH2I2、GeH3I等の水素化
ハロゲン化ゲルマニウム等、GeF4、GeCl4、GeBr4、Ge
I4、GeF2、GeCl2、GeBr2、GeI2等のハロゲン化ゲルマニ
ウム等々のガス状態の又はガス化しうる物質も有効な出
発物質として使用できる。
本発明の好ましい例において、形成される光受容層中に
含有される水素原子(H)の量又はハロゲン原子(X)
の量又は水素原子とハロゲン原子の量の和(H+X)
は、好ましくは0.01〜40atomic%、より好適には0.05〜
30atomic %、最適には0.1〜25atomic %とするのが望
ましい。
グロー放電法、スパツタリング法あるいはイオンプレー
テイング法を用いて、スズ原子を含有するアモルフアス
シリコン(以下、「a-SiSn(H,X)」と表記する。)で
構成される光受容層を形成するには、上述のa-SiGe(H,
X)で構成される層の形成の際に、ゲルマニウム原子供
給用の出発物質を、スズ原子(Sn)供給用の出発物質に
かえて使用し、形成する層中へのその量を制御しながら
含有せしめることによつて行なう。
前記スズ原子(Sn)供給用の原料ガスとなりうる物質と
しては、水素化スズ(SnH4)やSnF2、SnF4、SnCl2、SnC
l4、SnBr2、SnBr4、SnI2、SnI4等のハロゲン化スズ等の
ガス状態の又はガス化しうるものを用いることができ、
ハロゲン化スズを用いる場合には、所定の支持体上にハ
ロゲン原子を含有するa-Siで構成される層を形成するこ
とができるので、特に有効である。なかでも、層作成作
業時の取扱い易さ、Sn供給効率の良さ等の点から、SnCl
4が好ましい。
そして、SnCl4をスズ原子(Sn)供給用の出発物質とし
て用いる場合、これをガス化するには、固体状のSiCl4
を加熱するとともに、Ar、He、等の不活性ガスを吹き込
み、該不活性ガスを用いてバブリングするのが望まし
く、こうして生成したガスを、内部を減圧にした堆積室
内に所望のガス圧状態で導入する。
グロー放電法、スパツタリング法あるいはイオンプレー
テイング法を用いて、第III族原子又は第V族原子を含
有するa-SiGe(H,X)又は/及びa-SiSn(H,X)で構成さ
れる層又は一部の層領域を形成するには、上述のa-SiGe
(H,X)又は/及びa-SiSn(H,X)で構成される層の形成
の際に、第III族原子又は第V族原子導入用の出発物質
を、a-SiGe(H,X)又は/及びa-SiSn(H,X)形成用の出
発物質とともに使用して、形成する層中へのそれらの量
を制御しながら含有せしめることによつて行なう。
第III族原子導入用の出発物質として具体的には硼素原
子導入用としては、B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B
6H10、B6H12、B6H14等の水素化硼素、BF3、BCl3、BBr3
等のハロゲン化硼素等が挙げられる。この他、AlCl3、G
aCl3、Ga(CH3)2、InCl3、TlCl3等も挙げることができ
る。
第V族原子導入用の出発物質として、具体的には燐原子
導入用としてはPH3、P2H6等の水素化燐、PH4I、PH3、PF
5、PCl3、PCl5、PBr3、PBr5、PI3等のハロゲン化隣が挙
げられる。この他、AsH3、AsF3、AsCl3、AsBr3、AsF5
SbH3、SbF3、SbF5、SbCl3、SbCl5、BiH3、BiCl3、BiBr3
等も第V族原子導入用の出発物質の有効なものとして挙
げることができる。
以上記述したように、本発明の光受容部材の光受容層
は、グロー放電法、スパツタリング法等を用いて形成す
るが、光受容層に含有せしめるゲルマニウム原子又は/
及びスズ原子、第III族原子又は第V族原子、あるいは
水素原子及び/又はハロゲン原子の各々の含有量の制御
は、堆積室内へ流入する、各々の原子供給用出発物質の
ガス流量あるいは各々の原子供給用出発物質間のガス流
量比を制御することにより行われる。
また、光受容層形成時の支持体温度、堆積室内のガス
圧、放電パワー等の条件は、所望の特性を有する光受容
部材を得るためには重要な要因であり、形成する層の機
能に考慮をはらつて適宜選択されるものである。さら
に、これらの層形成条件は、光受容層に含有せしめる上
記の各原子の種類及び量によつても異なることもあるこ
とから、含有せしめる原子の種類あるいはその量等にも
考慮をはらつて決定する必要もある。
具体的には、a-SiGe(H,X)からなる層を形成する場
合、あるいは第III族原子又は第V族原子を含有せしめ
たa-SiGe(H,X)からなる層を形成する場合について
は、支持体温度は、通常50〜350℃とするが、より好ま
しくは50〜300℃、特に好ましくは100〜300℃とする。
そして、堆積室内のガス圧は、通常0.01〜5Torrとする
が、好ましくは、0.001〜3Torr、特に好ましくは0.1〜1
Torrとする。また、放電パワーは0.005〜50W/cm2とする
のが通常であるが、好ましくは0.01〜30W/cm2、特に好
ましくは0.01〜20W/cm2とする。
しかし、これらの、層形成を行うについての支持体温
度、放電パワー、堆積室内のガス圧の具体的条件は、通
常には個々に独立しては容易には決め難いものである。
したがつて、所望の特性の非晶質材料層を形成すべく、
相互的且つ有機的関連性に基づいて、層形成の至適条件
を決めるのが望ましい。
本発明の光受容部材は、その光受容層が、前述したよう
に、シヨートレンジ内に少くとも一対の非平行な界面を
有するように形成されていることが必要であり、そのた
めに支持体上に形成される層の表面が支持体表面に対し
非平行となるように形成されるわけであるが、そのよう
にするについては、成膜操作中、放電パワー、ガス圧を
比較的高く保つことによつて行われる。そしてそれらの
放電パワー、ガス圧は、使用ガスの種類、支持体の材
質、支持体表面の形状、支持体温度等によつて異り、こ
れらの種々の条件を考慮して決定される。
ところで、本発明の光受容層に含有せしめるゲルマニウ
ム原子又は/及びスズ原子、第III族原子又は第V族原
子、あるいは水素原子又は/及びハロゲン原子の分布状
態を均一とするためには、光受容層を形成するに際し
て、前記の諸条件を一定に保つことが必要である。
また、本発明において、光受容層の形成の際に、該層中
に含有せしめるゲルマニウム原子又は/及びスズ原子あ
るいは第III族原子又は第V族原子の分布濃度を層厚方
向に変化させて所望の層厚方向の分布状態を有する光受
容層を形成するには、グロー放電法を用いる場合であれ
ば、ゲルマニウム原子又は/及びスズ原子あるいは第II
I族原子又は第V族原子導入用の出発物質のガスの堆積
室内に導入する際のガス流量を、所望の変化率に従つて
適宜変化させ、その他の条件を一定に保ちつつ形成す
る。そして、ガス流量を変化させるには、具体的には、
例えば手動あるいは外部駆動モータ等の通常用いられて
いる何らかの方法により、ガス流路系の途中に設けられ
た所定のニードルバルブの開口を漸次変化させる操作を
行えばよい。このとき、流量の変化率は線型である必要
はなく、例えばマイコン等を用いて、あらかじめ設計さ
れた変化率曲線に従つて流量を制御し、所望の含有率曲
線を得ることもできる。
また、光受容層をスパツタリング法を用いて形成する場
合、ゲルマニウム原子又はスズ原子あるいは第III族原
子又は第V族原子の層厚方向の分布濃度を層厚方向で変
化させて所望の層厚方向の分布状態を形成するには、グ
ロー放電法を用いた場合と同様に、ゲルマニウム原子又
はスズ原子あるいは第III族原子又は第V族原子導入用
の出発物質をガス状態で使用し、該ガスを堆積室内へ導
入する際のガス流量を所望の変化率に従つて変化させ
る。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例1乃至11に従つて、より詳細に説
明するが、本発明はこれ等によつて限定されるものでは
ない。
各実施例においては、光受容層をグロー放電法を用いて
形成した。第29図はグロー放電法による本発明の光受容
部材の製造装置である。
図中の2902、2903、2904、2905、2906のガスボンベに
は、本発面の夫々の層を形成するための原料ガスが密封
されており、その一例として、たとえば、2902はSiH4
ス(純度99.999%)ボンベ、2903はH2で稀釈されたB2H6
ガス(純度99.999%、以下B2H6/H2と略す。)ボンベ、
2904はSi2H6ガス(純度99.999%)ボンベ、2905はGeH4
ガス(純度99.999%)ボンベ、2906は不活性ガス(He)
ボンベである。そして、2906′はSnCl4が入つた密閉容
器である。
これらのガスを反応室2901に流入させるにはガスボンベ
2902〜2906のバルブ2922〜2926、リークバルブ2935が閉
じられていることを確認し又、流入バルブ2912〜2916、
流出バルブ2917〜2921、補助バルブ2932、2933が開かれ
ていることを確認して、先ずメインバルブ2934を開いて
反応室2901、ガス配管内を排気する。次に真空計2936の
読みが約5×10-6torrになつた時点で、補助バルブ293
2、2933、流出ブルブ2917〜2921を閉じる。
基体シリンダー2937上に光受容層102を形成する場合の
一例をあげる。ガスボンベ2902よりSiH4ガス、ガスボン
ベ2905よりGeH4ガスの夫夫をバルブ2922、2925を開いて
出口圧ゲージ2927、2930の圧を1kg/cm2に調整し、流入
バルブ2912、2915を徐々に開けて、マスフロコントロー
ラ2907、2910内に流入させる。引き続いて流出バルブ29
17、2920、補助バルブ2932を徐々に開いてガスを反応室
2901内に流入させる。このときのSiH4ガス流量、GeH4
ス流量の比が所望の値になるように流出バルブ2917、29
20を調整し、又、反応室2901内の圧力が所望の値になる
ように真空計2936の読みを見ながらメインバルブ2934の
開口を調整する。そして基体シリンダー2937の温度が加
熱ヒーター2938により50〜400℃の範囲の温度に設定さ
れていることを確認された後、電源2940を所望の電力に
設定して反応室2901内にグロー放電を生起せしめるとと
もに、マイクロコンピユーター(図示せず)を用いて、
あらかじめ設計された変化率線に従つて、GeH4ガス流量
とSiH4ガス流量の比を制御しながら、基体シリンダー29
37上に先ず、ゲルマニウム原子を含有する光受容層を形
成する。
光受容層中にハロゲン原子を含有せしめる場合には、上
記のSiH4ガスやGeH4ガスにかえて例えばSiF4ガスやGeF4
ガスを反応室に送り込めばよい。
夫々の層を形成する際に必要なガスの流出バルブ以外の
流出バルブは全て閉じることは言うまでもない。
また、光受容層中にスズ原子を含有せしめる場合にあつ
て、原料ガスとしてSnCl4を出発物質としたガスを用い
る場合には、2906′に入れられた固体状SnCl4を加熱手
段(図示せず)を用いて加熱するとともに、該SnCl4
にAr、He等の不活性ガスボンベ2906よりAr、He等の不活
性ガスを吹き込み、バブリングする。発生したSnCl4
ガスは、前述のSiH4、GeH4ガス等と同様の手順により反
応室内に流入させる。
実施例1 支持体として、シリンダー状Al基体(長さ357mm、径80m
m)に旋盤で第30(A)図に示すような溝を形成した。
このときの溝の形の断面形状は第30(B)図に示すとお
りであつた。なお、第30(A)図は該Al支持体の全体図
であり、第30(B)図は、その表面の一部分の断面形状
を示す図である。
次に、該Al支持体上に、以下の第1表に示す条件で、第
29図に示した製造装置により光受容層を形成した こうして得られた光受容部材について、それらの光受容
層の層厚を電子顕微鏡で測定したところ、光受容層の表
面は、支持体の表面に対して非平行となつており、Al支
持体の中央と両端部とでの平均層厚の層厚差は2μmで
あつた。
さらに、これらの光受容部材について、第31図に示す画
像露光装置を用い、波長780nm、スポツト径80μmのレ
ーザー光を照射して画像露光を行ない、現像、転写を行
なつて画像を得た。得られた画像において、干渉縞模様
の発生は観察されず、実用性の良好な電子写真特性を示
すものが得られた。
なお、第31(A)図は露光装置の全体を模式的に示す平
面略図であり、第31(B)図は露光装置の全体を模式的
に示す側面略図である。図中、3101は光受容部材、3102
は半導体レーザー、3103はfθレンズ、3104はポリゴン
ミラーを示している。
実施例2 第2表に示す層形成条件に従つて光受容層を形成した以
外はすべて実施例1と同様にして、Al支持体上に光受容
層を形成した。この際、SiF4ガス及びGeF4ガスのガス流
量は第32図に示す流量変化線に従つて、マイクロコンピ
ユーター制御により、自動的に調整した。
こうして得られた光受容部材の各々について、それらの
微小部分内の光受容層の層厚の差を、電子顕微鏡で測定
したところ、光受容層の表面は支持体表面に対して非平
行となつており、また光受容層のシリンダー中央と両端
の平均層厚の差は2.3μmであつた。
さらに、これらの光受容部材について、実施例1と同様
にして画像を形成したところ、各々の画像において、干
渉縞の発生は見られず、実用性の良好な電子写真特性を
示すものが得られた。
実施例3 実施例1と同様にして、第30(C)〜(E)図に示す断
面形状を有するAl支持体(シリンダーNo.301〜303)を
得た。
該Al支持体(シリンダーNo.301〜303)上に、第3表に
示す層形成条件に従つて、光受容層を形成した。
こうして得られた光受容部材の各々について、微小部分
内の光受容層の層厚の差を、実施例1と同様にして測定
したところ、光受容層の表面は支持体の表面に対して非
平行となつていた。また、光受容層のシリンダー中央と
両端の平均層厚の差は2.2μmであつた。
これらの光受容部材について、実施例1と同様にして画
像を形成したところ、各々の得られた画像において、干
渉縞の発生は観察されず、実用性の良好な電子写真特性
を示すものが得られた。
実施例4〜10 第4〜10表に示す層形成条件に従つて光受容層を形成し
た以外はすべて実施例3と同様にしてAl支持体(試料N
o.301〜303)上に光受容層を形成した。この際、各実施
例において光受容層形成時における使用ガスの流量は、
各々、第33〜39図に示す流量変化線に従つて、マイクロ
コンピユーター制御により、自動的に調整した。
得られた光受容部材について、実施例1と同様にして画
像形成をおこなつた。
得られた画像は、いずれも干渉縞の発生が観察されず、
そして極めて良質のものであつた。
比較例1 比較実験として、実施例1の光受容部材を作成した際に
使用したAl支持体に代えて、サンドブラスト法によりAl
支持体の表面を粗面化したAl支持体を採用したほかは前
述の実施例1の高周波電力250〜300Wで作製した光受容
部材と全く同様の方法で光受容部材を作成した。この際
のサンドブラスト法により表面粗面化処理したAl支持体
の表面状態については光受容層を設ける前に小坂研究所
の万能表面形状測定器(SE-3C)で測定したが、この時
平均表面粗さは1.8μmであることが判明した。
この比較用光受容部材を実施例1で用いた第30図の装置
に取り付けて、同様の画像形成を行なつたところ、全面
黒色画像中には明瞭な干渉縞が形成されていた。
比較例2 高周波電力を40Wとした以外はすべて実施例1と同様に
して、Al支持体(試料No.101〜108)上に光受容層を形
成した。
得られた光受容部材について電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、光受容層の表面は、支持体の表面に対して平行にな
つていた。また中央と両端部での層厚の差は1μmであ
つた。
これらの光受容部材について、実施例1と同じ方法で画
像形成を行なつたところ、各々の光受容部材において、
実用には適さない明瞭な干渉縞模様が観察された。
〔発明の効果の概略〕
本発明の光受容部材は前記のごとき層構成としたことに
より、前記したアモルフアスシリコンで構成された光受
容層を有する光受容部材の諸問題の総てを解決でき、特
に、可干渉性の単色光であるレーザー光を光源として用
いた場合にも、干渉現象による形成画像における干渉縞
模様の現出を顕著に防止し、きわめて良質な可視画像を
形成することができる。
また、本発明の光受容部材は、全可視光域に於いて光感
度が高く、また、特に長波長側の光感度特性に優れてい
るため殊に半導体レーザーとのマツチングに優れ、且つ
光応答が速く、さらに極めて優れた電気的、光学的、光
導電的特性、電気的耐圧性及び使用環境特性を示す。
殊に、電子写真用光受容部材として適用させた場合に
は、画像形成への残留電位の影響が全くなく、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
あつて、耐光疲労、繰返し使用特性に長け、濃度が高
く、ハーフトーンが鮮明に出て、且つ解像度の高い高品
質の画像を安定して繰返し得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光受容部材の1例を模式的に示した図
であり、第2乃至4図は、本発明の光受容部材における
干渉縞の発生の防止の原理を説明するための部分拡大図
であり、第2図は、光受容層の構成層各層の界面が非平
行な場合に干渉縞の発生が防止しうることを示す図、第
3図は、光受容層の構成層各層の界面が平行である場合
と非平行である場合の反射光強度を比較する図、第4図
は、光受容層の構成層が三以上の多層である場合におけ
る干渉縞の発生の防止を説明する図である。第5図は、
本発明の光受容部材の支持体の表面形状の典型例を模式
的に示す図である。第6乃至10図は、従来の光受容部材
における干渉縞の発生を説明する図であつて、第6図
は、光受容層における干渉縞の発生、第7図は、多層構
成の光受容層における干渉縞の発生、第8図は、散乱光
による干渉縞の発生、第9図は、多層構成の光受容層に
おける散乱光による干渉縞の発生、第10図は、光受容層
の構成層各層の界面が平行である場合の干渉縞の発生を
各々示している。第11〜19図は、本発明の光受容層にお
けるゲルマニウム原子又はスズ原子の層厚方向の分布状
態を表わす図であり、第20〜28図は、本発明の光受容層
における第III族原子又は第V族原子の層厚方向の分布
状態を表わす図であり、各図において、縦軸は光受容層
の層厚を示し、横軸は各原子の分布濃度を表わしてい
る。第29図は、本発明の光受容部材の光受容層を製造す
るための装置の1例で、グロー放電法による製造装置の
模式的説明図である。第30(A)図は、旋盤による機械
的加工により形成された、本発明の光受容部材の支持体
の全体図であり、第30(B)〜(E)図は、該支持体の
表面の一部分の断面形状を示す図である。第31図はレー
ザー光による画像露光装置を説明する図である。第32乃
至39図は、本発明の光受容層形成におけるガス流量比の
変化状態を示す図であり、縦軸は光受容層の層厚、横軸
は使用ガスのガス流量を示している。 第1乃至第4図について、 100……光受容層、101……支持体、102、202、302、402
……第一の層、103、203、303、403……第二の層、404
……第三の層、104、204、304……自由表面、205、305
……第一の層と第二の層との界面、 第6乃至10図について、 601……下部界面、602……上部界面、701……支持体、7
02、703……光受容層、801……支持体、802……光受容
層、901……支持体、902……第1層、903……第2層、1
001……支持体、1002……光受容層、1003……支持体表
面、1004……光受容層表面、 第29図において、 2901……反応室、2902〜2906……ガスボンベ、2906′…
…SnCl4槽、2907〜2911……マスフロコントローラ、291
2〜2916……流入バルブ、2917〜2921……流出バルブ、2
922〜2926……バルブ、2927〜2931……圧力調整器、293
2、2933……補助バルブ、2934……メインバルブ、2935
……リークバルブ、2936……真空計、2937……基体シリ
ンダー、2938……加熱ヒーター、2939……モーター、29
40……高周波電源、 第31図において、 3101……光受容部材、3102……半導体レーザー、3103…
…fθレンズ、3104……ポリゴンミラー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 恭介 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−213956(JP,A) 特開 昭58−139153(JP,A) 特開 昭60−225854(JP,A)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周期的な、螺旋構造を形成する凸部を有す
    る円筒状支持体の表面上に、シリコン原子と、ゲルマニ
    ウム原子及びスズ原子の少なくともいずれか一方とを含
    有する非晶質材料で構成された感光層を少なくとも有す
    る多層構成の光受容層を有する光受容部材であって、前
    記円筒状支持体の表面が、該円筒状支持体の中心軸を含
    む面での前記凸部の断面形状が主ピークに副ピークが重
    畳している凸状形状とされ、該主ピークの1周期の大き
    さが前記円筒状支持体に照射される可干渉性照射光の径
    より小さくされ、且つ、該円筒状支持体表面上の前記光
    受容層が、ショートレンジ内に少なくとも一対の非平行
    な界面を有し、該非平行な界面が層厚方向と垂直な面内
    の少なくとも一方向に多数配列しているものであること
    を特徴とする光受容部材。
  2. 【請求項2】前記光受容層が、周期律表第III族または
    第V族に属する原子を含有する特許請求の範囲第(1)
    項に記載の光受容部材。
  3. 【請求項3】前記光受容層が、周期律表第III族または
    第V族に属する原子を含有する電荷注入阻止層を構成層
    の1つとして有する特許請求の範囲第(1)項に記載の
    受容部材。
  4. 【請求項4】前記光受容層が、構成層の1つとして障壁
    層を有する特許請求の範囲第(1)項に記載の光受容部
    材。
  5. 【請求項5】前記ショートレンジが、0.3〜500μである
    特許請求の範囲第(1)に記載の光受容部材。
  6. 【請求項6】前記螺旋構造が、多重螺旋構造である特許
    請求の範囲第(1)項記載の光受容部材。
  7. 【請求項7】前記凸状形状は、傾斜面を有する特許請求
    の範囲第(1)項記載の光受容部材。
  8. 【請求項8】前記傾斜面は、鏡面仕上げされている特許
    請求の範囲第(7)項記載の光受容部材。
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