JPS61138957A

JPS61138957A - 電子写真感光体

Info

Publication number: JPS61138957A
Application number: JP26221284A
Authority: JP
Inventors: Mutsuki Yamazaki; 六月山▲崎▼
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1986-06-26
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPH0760272B2

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〕本発明は紫外線から遠赤外線にまでおよぶ光に感応性の
ある光導電性部材に関する。

〔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１０１３Ω画以上で）、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、電子写真に例をとって、その原理および感光体
として必要な条件を簡単に説明する。

先ず、原理を説明すると、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０次に、感光体に
光を照射すると、電子と正孔の対が生じ、そのどちらか
一方により表面の電荷が中和される。たとえば正に帯電
させた場合、光照射により生じた対のうち電子によって
中和される。したがって光照射により感光体表面に静電
荷の潜像が形成される。そして、この潜像の可視化は、
感光体表面の電荷と逆極性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
う処置がなされている。

これを、現像バイアスという。

次に、感光体として必要な条件を説明すると、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、Ｍ２に光照射により生成した電子と正孔の対が再結
合することなり、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。

ところで、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。非晶質カルコグナイド系材料は、大面積化を容易
に達成することのできるすぐ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
でに有るので、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く応用しても寿
命が短かい等の問題点を有する。

そこで、近年、上記問題点を解消する光導電性材料とし
て、アモルファスシリコンが注目されている。このアモ
ルファスシリコンは、吸収辣長域が広くて全整色（Ｐａ
ｎｃｈｒｏｍａｔｉｃ　）、であり、光感度も高い。ま
た、アモルファスシリコンは硬度も高く、電子写真感光
体に応用した場合、従来のものに比べて１０倍以上の寿
命を有するトサしている。さらに、アモルファスシリコ
ンは、人体に無害であり、単結晶シリコンと比較すると
、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、アモルファスシリコンは、暗所での比抵
抗（単に暗抵抗ということもある。）が、通常、１０〜
１０　　ｎｔｍ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
荷を保持するととができない、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、酸化シリコン、炭化シリコン、窒化シリコンな
どの比抵抗の高い絶縁層（ブロッキング層）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
ことが試みられてはいる。しかし、この場合、比抵抗の
高い絶縁層（ブロッキング層）の厚みを大きくすると、
その上にあるアモルファスシリコン層から支持体へのキ
ャリアの透過を阻止することとなるので、結果として、
残留電位が生じてしまう。また、比抵抗の高いアモルフ
ァスシリコン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う。

一方、導電性基体と光導電性層の間にＰ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Ｂ
あるいはＰを多量にドーピングした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。この電荷
注入防止層の電荷注入防止能はＢあるいはＰを多くドー
ピングすることにより向上するが、そのような膜は膜内
部の歪が大きく、その上に歪の異なる膜を積層すると膜
がはがれるという不具合点を持っている。また、非晶質
シリコンの光吸収は広い波長域に亘って起こり、吸収端
付近でも徐徐に吸収が減るという様相を示す。すなわち
、７００　ｎｍから８００　ｎｍまでの波長域では吸収
は減るものの、ゼロにはならず、わずかながら吸収する
。したがって、このような材料で光導電性層を作ると、
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。そして、この非晶質シリコンは、電子、正孔とも
にその易動度はあまシ高くないので、露光により感光体
の表面より遠いところで発生したキャリアは残り易い。

電子写真装置には一枚の画像を出した後、感光体表面に
残る電荷を消却する除電と呼ばれるプロセスがあるが、
これを露光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
面の帯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
大幅に低下するという不具合点が生じている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、膜はがれがなく、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にある。

〔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、たとえばＢやＰ等を多量にドーピングしても歪の少
ない非晶質炭化シリコンよりなる電荷注入防止層を積層
し、その上に、非晶質シリコンよりも光学的バンドギャ
ップが広く、かつ光吸収により生成される電子・正孔対
のうちの正孔の易動度と寿命との積がＩ　Ｘ　１０−７
σ２／Ｖ以上である非晶質窒化シリコンよりなる光導電
性層を積層し、その上に、膜厚が０．１μｍ以上５．０
μｍ以下の非晶質シリコンよりな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〕

本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する
。

図面は、本発明に係る光導電部材（たとえば感光体）を
示すもので、図中１は平板状あるいはドラム状等の導電
性支持体である。

この導電性支持体１上には、周期律表［ｊａ族かｖ１１
族素を１．ＯＸ　１０　　ａｔｏｍｉｃ％以上１．　Ｏ
ａ　ｔｏｍｉ　ｃチ以下の範囲で含む非晶質炭化シリコ
ンからなる電荷注入防止層２が積層されている。

また、この電荷注入防止層２上には、■、族元素を１．
０Ｘ１０″″８ａｔｏｍｉｃ　４以上１．　ＯＸ　１０
−　’ａｔｏｒｒ＋ｉｃチ以下の範囲で含む非晶質窒化
シリコンからなる第１の光導電性層３が５μｍ以上６０
μｍ以下の膜厚で積層されている。なお、この第１の光
導電性層３の厚さは５μｍでも良いが、表面を帯電して
用いる場合には、必要とする表面電位に合わせて膜厚を
変える。また、この第１の光導電性層３に要求される特
性は、膜中の窒素の量がシリコンに対して０．１　ａｔ
ｏｍｉｃ　４以上１５　ａｔｏｍｉｃ　％以下の程度で
、光学的バンドギャップが１．６５ｅＶから１．９ｅＶ
４でくらいのものがよく、少量の■ａ族元索のドーピン
グにより、光吸収により生成された電子・正孔対のうち
の正孔の易動度μと寿命τの積μ・τが１×１０　ｃＩ
ｎ／ｖ以上になっていること等があげられる。なお、こ
の場合、特に易動度μの高いことが重要であり、感光体
を構成する非晶質層中で表面層以外の部分に易動度の低
いところが存在すると、光吸収により生成されたキャリ
アの導電性支持体１方向への速やかな移動を妨げ、その
結果、繰り返し特性等に°劣化が生じてしまう。したが
って、非晶質窒化シリコンや非晶質シリコンは、電子の
易動度は高いが、正孔の易動度が比較的低いので、この
点に注意して材料を選定する必要がある。

さらに、この第１の光導電性層３上には、周期律表ＩＩ
Ｉａ１族素をＩ　Ｘ　１０−８０−８ａｔｏ％以上１．
０Ｘ１０−’ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲で含む非晶質シ
リコンよりなる第２の光導電性層４が０．５μｍ以上５
μｍ以下膜厚で積層されている。この非晶質シリコンは
、広い波長域に亘って吸光係数が高く、この程度の膜厚
で充分な感度が得られるものである。

さらに、この第２の光導電性ｒｆ４４上には、化学的安
定性の向上の為に、表面被覆層５が５００ｘ以上５μｍ
以下の程度で積層されている。この材料は、ｓ　ｔｏ２
、ＳｉＮ、　ＳｉＣ等の光学的バンドギャップの広いも
のが良く、電子の易動度を高くするために周期律表ｍ、
族元素の少量のドーピングも有効である。

以上の構成によれば、電荷注入防止層２を、周期律表ｍ
１族か■１１族素をＩ　Ｘ　１０−４０−４ａｔｏ　４
以上１．Ｏａｔｏｍｉｃ　’ｌｒ以下の範囲で含む非晶
質炭化シリコンで構成したので、膜はがれを防止するこ
とができる。

また、光導電性層を、ＩＩＩａ族元素をＩ　Ｘ　１０”
−８ａｔｏｍｉｃ　％以上Ｉ　Ｘ　１０−’　ａｔｏｍ
ｉｃ　％以下の範囲で着み、光吸収により生成された電
子・正孔対のうちの正孔の易動度μと寿命τとの積μ・
τがＩ　Ｘ　１０−’α２／ｖで、かつ、膜厚が５μｍ
以上６０μｍ以下の非晶質窒化シリコンからなる第１の
光導電性層３と、ＩＩＩａ族元素をｌＸｌ０　　ａｔｏ
ｍｉｃ％以上１．０Ｘ１０−’ａｔｏｍｉｅ％以下の範
囲で含み、膜厚が０．５μｍ以上５μｍ以下の非晶質シ
リコンよりなる第２の光導電性層４とで構成したので、
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。

なお、上記第１と第２の光導電性層３．４を上述のよう
に異なる材料で構成し、さらに、表面に近い方の第２の
光導電性層４に光学的バンドギャップの小さい材料を用
いると、光吸収は、この第２の光導電性層４において主
に起こシ、膜厚を５μｍ程度にしておくと、露光により
発生したキャリアが残ることはなくなるので、帯電直前
の露光による帯電能の減少はさらに少なくなる。

また、電荷注入防止層２側の第１の光導電性層３は、光
学的バンドギャップが１．７＠Ｖ以上２、ＯｅＶ以下程
度の非晶質窒化シリコンが好ましく、Ｂあるいは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。

次Ｋ、成膜方法の一例を説明する。先ず、導電性支持体
１を真空反応容器に入れ、容器内をメカニカルブースタ
ーポンプと油回転ポンプによ’）　１０−３Ｔｏｒｒ程
度の真空にし、導電性支持体１を１００〜４００℃の温
度に保持する。

ついで、容器内ＫＳｉ原子を含むガス、たとえば、Ｓ　
ＩＨ４、ｓ　ｓ　２Ｈ６，５ＩＦ４等のガスを導入する
。ここで、非晶質炭化シリコンあるいは非晶質窒化シリ
コンを成膜するには、これらのガスにＣＨ４、Ｃ２Ｈ６
等の炭化水素またはＮ２、ＮＨ５等のがスを混合する。

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。また、周期律表１ＩＩＩａ族元素ある
いはｖ１族元素のドーピングは、Ｂ　２Ｈ６、ＢＦ３あ
るいはＰＨ５、ＰＦ５等のガスを混合することで達成さ
れる。

以上のようなガスを各層の組成に合わせて反応容器内に
導入し、０．１〜３　Ｔｏｒｒ程度の圧力になるように
排気速度を調節する。

ついで、導電性支持体１０周辺にプラズマが起こるべく
設置した電極間に高周波電力を投入すると、導電性支持
体ｌ上に成膜される。

次に、このようＫして成膜された光導電部材の一例につ
いて説明する。

電荷注入防止層２は、ＢをｌＸ１０　　×１０−３ａｔ
ｏｍｉｃ％ドーピングした非晶質炭化シリコンを用い、
０．５μｍ程度積層してなる。この電荷注入防止層２は
、Ｂを多くドーピングしており、比抵抗が低く、光学的
バンドギャップも１．７０ｅＶ程度である。

第１の光導電性層３は、ＢをＩ　Ｘ　１０　　×１０−
３ａｔｏｍｉｃ％ドーピングした非晶質窒化シリコンを
２５μｍ程度積層してなる。この第１の光導電性層３は
、少量のＢドーグにより、真性領域に近く、比抵抗も１
１０１３ｒｋ以上と高く、さらＫ、光学的’／Ｊンドギ
ャップも１．７５ｅＶ程度で、第２の光導電性層４の光
学的バンドギャップよりも広い。

第２の光導電性層４は、非晶質シリコンを５μｍ程度積
層してなる。この第２の光導電性層４は、ドーピングし
なくとも良いが、ＢをｌＸｌ０−’ａｔｏｍｉｃ％程度
−−ピングすると正孔の易動度が大きくなり、より好ま
しい。また、この第２の光導電性層４は、１．５５ｅＶ
程度の光学的バンドギャップをもっておシ、広い波長域
に亘って光を吸収する。

表面被覆層５は、光学的バンドギャップが２．２ｓＶ、
比抵抗が１０Ｑｃｒ１１程度の非晶質炭化シリコンを１
μｍ積層してなる。この表面被覆層５は、膜厚が０．１
μｍ程度でも良いが、５μｍ以下であれば厚くとも多少
の残留電位が増えるだけで、それ以上の暗中での帯電能
の向上が見られる上、化学的にも安定になるので好まし
い。また、ＢのｌＸｌ０””ａｔｏｍｉｃ％程度のドー
ピングにより、電子の易動度が高くなるので、ドーピン
グすることも有効である。また、この表面被覆層５は、
非晶質窒化シリコンでも同様の効果が得られる。

このようＫして作製した光導電部材を電子写真感光体と
して使用したところ、コロナチャージャーから感光体へ
の流入電流が０．４μｃ／ｒｎ２という条件で、７００
ｖ以上の表面電位が得られ、帯電１５秒後の電位保持率
が８０％と良好な静電特性を備えていることが確認され
た。ｔた、膜はがれがなく、帯電直前の露による帯電能
の減少も少なかった。

なお、上記光導電部材は正帯電用電子写真感光体に応用
したものであったが、上記ドーパントＢをＰに変えると
負帯電用電子写真感光体となる。すなわち、成膜時に混
合するガスがＢ２Ｈ６であったものをＰＨ５にすれば良
く、他の条件は上記と同じである。このようにして作製
した光導電部材をコロナチャーシャーへの印加電圧の極
性を変える以外は同じ条件で使用したところ、帯電能お
よび電位ともに上記同様優れていた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、膜はがれがなく、
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等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものである。１・・・導電性支持体、２・・・電荷注入防止層、３・
・・第１の光導電性層、４・・・第２の光導電性層、５
・・・表面被覆層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性基体上に電荷注入防止層と光導電性層を積
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族あるいはＶａ族元素を１．０×１０＾−＾
３ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲
で含む非晶質炭化シリコンからなり、上記光導電層は、
周期律表IIIａ族元素を１．０×１０＾−＾６ａｔｏｍ
ｉｃ％以上１．０×１０＾−＾３ａｔｏｍｉｃ％以下の
範囲で含み、光吸収により生成された電子・正孔対のう
ちの正孔の易動度と寿命との積が１×１０＾−＾７ｃｍ
＾２／Ｖ以上である非晶質窒化シリコンからなる第１の
光導電性層と、周期律表IIIａ族元素を１．０×１０＾
−＾６ａｔｏｍｉｃ％以上１．０×１０＾−＾３ａｔｏ
ｍｉｃ％以下の範囲で含み、膜厚が０．１μｍ以上５．
０μｍ以下の非晶質シリコンからなる第２の光導電性層
とからなることを特徴とする光導電部材。
（２）光導電性層上に、膜厚が０．０５μｍ以上５μｍ
以下で比抵抗が１０＾１＾３Ωｃｍ以上の表面被覆層を
設けた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。