JPS61126557A - 光導電部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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線等にわた
る領域の電磁波をいう）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（通常１０１コΩロ以上）、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。

ここでは電子写真を例にとって、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って中和され感光
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粉体を
感光体表面にクーロン力によって吸引させることにより
なされる。このとき、感光体表面に電荷がなくとも、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
、感光体と現像器の間に電荷による電場と逆方向の電場
が生ずるよう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、現像バイアスという。

以上が原理であるが、つぎ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層の支持体まで短時間
に到達することなどがあげられる。

従来、光導電部材における光導電性層の形成に使用され
るものとして非晶質カルコゲナイド系・材料がある。非
晶質カルコゲナイド系材料は、大面積化を容易に達成す
ることのできる優れた光導電性材料であるが、光吸収領
域端が可視領域から紫外領域に近いところまでにあるの
で実用上可視領域における光感度が低く、また硬度が低
いので電子写真感光体に応用した場合、寿命が短かいな
・ど幾つかの問題を有している。

このような問題点に基づき最近注目されている光導電性
材料にはアモルファスシリコンがある（以下、ａ−５ｉ
と記す）。ａ−５ｉは吸収波長域が広く全整色（Ｐａｎ
ｃｈｒｏＩＩＩａｔ、ｉｃ）であり、光感度も高い。ま
た、ａ−５ｉは硬度も高く、電子写真感光体に応用した
場合、従来のものより１０倍以−ヒの寿命を持つことが
期待されている。さらにａ−５ｉは１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
化を図ることができる等の多くの利点を有する。

しかしながら、ａ−５ｉは暗所での比抵抗（以下、暗抵
抗という）が通常１０８ΩＣｌ１１〜１０ＩＯΩｃｍ程
度の低さであるから、静電潜像を形成する電子写真感光
体にあっては、その表面に帯電した電荷を保持すること
ができない。もつとも、電子写真感光体においてはアモ
ルファスシリコン感光層と支持体との間に、窒化シリコ
ン、炭化シリコン、酸化シリコンなどを介在させること
により支持体からのキャリアの注入を防止することが試
みられている。

しかしながら、この試みにより比抵抗の高いａ’ｓｉ層
の厚みを大きくすると、その上にあるａ−５ｉ層から支
持体へ流れるキャリアの通過を阻止することとなるので
、結果として残留電位が高くなるという問題が生じてし
まう。また、比抵抗の高いａ−３ｉ層の厚みを小さくす
ると、十分な電位保持能を持たせることができなくなっ
てしまい、また現像バイアスによる絶縁破壊が起るとい
う欠点を有している。

一方、導電性基体と光導電性層の間にｎ型あるいはｎ型
の導電性をもつ半導体膜を設ける方法もある。通常は硼
素（Ｂ）あるいは燐（Ｐ）を多量にドープしたＰ型ある
いはｎ型の非晶質シリコンを用いる。このような層を電
荷注入防止層と呼ぶ。この層における電荷注入防止能は
ＢあるいはＰを多くドープすることにより向上するが、
そのような１摸は膜内部の歪が大きく、その上に歪の異
なる膜を積層すると膜が剥離してしまうという不具合を
有している。また、非晶質シリコンの光吸収は広い波長
域にわたって起り、光吸収端付近でも徐々に吸収が減少
するという様相を示す。すなわち、７００ｎｍから８０
０ｎｍの波長域では吸収は減少するが零にはならず、僅
かな゛がら吸収するものである。

このような材料で光導電性層を作る場合、電子写真感光
体のように光導電性層の膜厚が厚い場合には、長波長光
を光導電性層の基体に近いところでも吸収する。非晶質
シリコンは電子、正孔とともにその易動度はあまり高く
ないので、露光により感光体の表面より遠い所で発生し
たキャリアは残り易い。電子写真装置には１枚の画像を
形成した後、感光体表面に残る電荷を除去する除電と呼
ばれるプロセスがあるが、これを光照射で行なう場合に
は上記理由により残留した膜中のキャリアが次の画像を
得るために行なう感光体表面のイＩＦ電による表面電荷
を中和してしまう。したがって、露光直後の帯電能は暗
中に放置した後の帯電能よりも大幅に低下するという不
具合が生じている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情にもとづきなされたもので。

膜が剥離することなく、帯電能ならびに電位保持能に優
れ、帯電直前の露光による帯電能の減少が少ない光導電
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導電性支持体上に非
晶質炭化シリコンより成る電荷注入防止層を積層し、非
晶質シリコンよりも光学的バンドギャップの広い光導電
性非晶質炭化シリコンを電荷注入防止層上に積層し、そ
の上に０．１μｍ以上５．０μｍ以下の非晶質シリコン
より成る光導電性層を積層したことを特徴とするもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す一実施例にもとづいて説明す
る。図中、（１）はたとえば感光体を形成する光導電部
材である。この光導電部材（１）は平板状またはドラム
状の導電性支持体（２）上に積層した周期律表ＩＩＩａ
族元素またはＶａ族元素をＩＸ１０−４乃至１．ｏａｔ
、ｏ［ｌ１ｉｃ％含む非晶質炭化シリコンから成る電荷
注入防止Ｍ（３）と、この電荷注入防止層（３）の上に
５μｍ〜４０μｍ膜厚のｍＡ族元素またはＶａ族元素の
いずれか一方をｌ　Ｘ　Ｉ　Ｏ−８乃至ＩＸ　ｌ　Ｏ”
ａｔ、ｏｍｉｃ％含む非晶質炭化シリコンより成る第１
の光導電性層（４）と、この第１の光導電性Ｎ（４）の
上に同じく周期律表ＩＩＩａ族元素またはＶａ族元素を
ｔ　ｘ　ｔ　ｏ−”乃至Ｉ　Ｘ　１０−４ａｔｏｍｉｃ
％含む非晶質シリコンより成る第２の光導電性層（５）
と、さらに化学的安定性の向上のために上記第２の光導
電性層（５）の上に５００人〜５μｍ膜厚の非晶質炭化
シリコン、または窒化シリコンあるいは酸化シリコンを
積層した表面被覆層（６）とから構成される。

つぎに、各層について説明する。まず、第１の光導電性
層（４）の膜厚は５μ■でも良いがこの光導電部材（１
）の表面を帯電して電子写真に用いる場合にはどの程度
の表面電位を得るかによって膜厚を変えるように設定す
る。また、第２の光導電性層（５）として積層される非
晶質シリコンは広い波長域に亘って吸光係数が高く、上
記膜厚で充分な感度が得られる。さらに、表面被覆層（
６）は電子の易動度を高くするために周期律表ＩＩＩａ
族元素のドーピングも好ましい。上記第１および第２の
光導電性層（４）、（５）はそれぞれ異なる材料から成
り。

表面被覆層（６）に近い第２の光導電性層（５）に光学
的バンドギャップの小さい材料を用いることにより光吸
収は上記第２の光導電性層（５）において主に起り、膜
厚を５μ■程度にしておくと、露光による発生したキャ
リアが残留しなくなるため、帯電直前の露光による帯電
能の減少は少なくなる利点がある。

一方、電荷注入防止層（３）側の第１の光導電性層（４
）は光学的バンドギャップが１．７ｅＶ乃至２　、　Ｏ
ｅＶ程度の非晶質炭化シリコンが好ましく、硼素（８）
あるいは燐（Ｐ）を少量ドーピングすると、正孔の易動
度が高くなるので、更に好ましいという利点がある。

つぎに、上記構成にもとづく本発明の光導電部材の成膜
方法を説明する。まず、導電性支持体（２）を真空反応
室（図示しない）に取付け、反応室内を図示しないメカ
ニカルブースターポンプと油回転ポンプにより１０−３
〜１０　”Ｔｏｒｒの真空状態とする。このとき、上記
支持体（２）は１００℃〜４００℃の温度に保持してお
く。

つぎに、反応室内にＳｉ原子を含むガス、例えば５ｉｌ
１４　、５ｉｌ１６　、　ＳｉＦ４等のガスを導入する
が、電荷注入防止層（３）および第１の光導電性層（４
）として用いられる非晶質炭化シリコンを成膜するには
、上記ガスにＣＨ４ｐ　Ｃ２’６等の炭化水素を混合す
る。

この炭化水素の混合比を変えることにより光学的バンド
ギャップを変えることができる。さらに、表面被覆層（
６）として用いられる周期律表ＩＩＩａ族元素あるいは
Ｖａ族元素のドーピングはＢ２Ｈ６，８Ｆ３あるいはＰ
Ｈ３，ＰＦｓ等のガスを混合することにより達成される
。

このようなガスを各層の組成にもとづき反応室内に導入
し、０．１〜３　Ｔｏｒｒ程度の圧力となるように排気
速度を調節する。つぎに、上記支持体（２）の周辺にプ
ラズマが起るように設置したＴ１極間に高周波電力を印
加することにより支持体（２）上に成膜することができ
る６ そこで、上記成膜方法を用いて例えばＡＱの円筒状支持
体に積層し、電子写真感光体とした一例を説明する。ま
ず、導電性支持体（２）上に硼素（Ｂ）をＩ　Ｘ　ｌ　
０−３１．ｏ＊ｉｃ％ドーピングシタ非晶’ｄ　Ｑ　化
シリコンを用い、電荷注入防止層（３）が０．５μ信の
膜厚となるように積層する。この電荷注入防止層（３）
は硼素（Ｂ）を多くドーピングしており、比抵抗が低く
、かつ光学的バンドギャップも１　、７ｅＶ程度である
。

つぎに、第１の光導電性層（４）は硼素（８）を１×１
０−４ａｔｏｍｉｃ％ドーピングした非晶質炭化シリコ
ンを２５μ−程度の膜厚となるように成膜する。

この第１の光導電性層（４）は少量の硼素（Ｂ）をドー
ピングすることにより真性領域に近く比抵抗が１０１３
Ω１以上と高く、かつ光学的バンドギャップも１．７５
ｅＶ程度であって、第２の光導電性層（５）よりも広い
ものが得られる。

つぎに、第２の光導電性層（５）は非晶質シリコンを膜
厚５μ信程度に成膜する。この第２の光導電性層（５）
は硼素（８）をドーピングしなくても良いが、硼素（Ｂ
）をＩ　Ｘ　１０−６０−６ａｔｏ％程度ドーピングす
ると正孔の易動度が大きくなり、より好ましいものが得
られる。また、この第２の光導電性Ｆ！１（５）はＩ　
、　５５ｃＶ程度の光学的バンドギャップをも−）でい
るため広い波長域に互って光を吸収することができる。

つぎに１表面被覆層（６）は比抵抗が１０１４Ωｃｍ、
光学的バンドギャップが２．２ｅＶ程度の非晶質炭化シ
リコンを膜厚１μｌに積層する。この表面被覆層（６）
は膜厚が０．１μ信程度でもよいが、５μｍ以下であれ
ば厚くとも多少の残留電位がふえるだけで、それ以上に
暗中での帯電能の向上が見られる上。

化学的にも安定するという利点がある。また、硼素（Ｂ
）をＩ　Ｘ　１０　＝ａｔｏｍｉｃ％程度ドーピングす
ることにより電子の易動度が高くなるので有利である。

このようにして製作した光導電部材を電子写真感光体と
して使用した場合、コロナチャージャーから感光体への
流入電流が０．４μｃ／ｃｎτという条件で７００　Ｖ
以上の表面電位が得られ、帯ＴＬ１５秒後の電位保持率
が８０％となるなど良好な静電特性を備えていることが
確認された。上記光導電部材は正帯電用電子写真感光体
に応用したが、ドーピングされた上記硼素（Ｂ）を燐（
Ｐ）に変えると負帯電用電子写真感光体とすることがで
きる。すなわち、成膜時に混合するガスがＢ２Ｏ，であ
ったものをＰＨ３にすれば良く、他の条件は上記と同様
である。

このようにして作成された光導電部材を用いてコロナチ
ャージャへ電圧を印加する場合には印加電圧の極性を逆
にするだけでよく、帯電能及び電位保持能は上述同様の
優れた効果が得られるものである。

〔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に成層さ
れた収が剥離することなく、帯電能ならびに電位保持能
に優れ、帯電直前の露光による帯電能の減少が少なくな
るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す光導電部材の模式的構成
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体上に電荷注入防止層と光導電性層と
   を積層した光導電部材において、上記電荷注入防止層は
   周期律表IIIａ族元素もしくはＶａ族元素のいずれか一
   方を１×１０＾−＾４以上１．０ａｔｏｍｉｃ％以下を
   含む非晶質炭化シリコンから成り、上記光導電性層は周
   期律表IIIａ族元素もしくはＶａ族元素のいずれか一方
   を１×１０＾−＾８以上１×１０＾−＾４ａｔｏｍｉｃ
   ％以下を含む膜厚が５μｍ以上４０μｍ以下の非晶質炭
   化シリコンと０．１μｍ以上５μｍ以下の非晶質シリコ
   ンを、この順序で積層して成ることを特徴とする光導電
   部材。
2. （２）光導電性層上に０．０５μｍ以上５μｍ以下の膜
   厚で、比抵抗が１０＾１＾３Ωｃｍ以上の表面被覆層が
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の光導電部材。