JPS616654A - 電子写真感光体及びその製造方法 - Google Patents

電子写真感光体及びその製造方法

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JPS616654A
JPS616654A JP12651284A JP12651284A JPS616654A JP S616654 A JPS616654 A JP S616654A JP 12651284 A JP12651284 A JP 12651284A JP 12651284 A JP12651284 A JP 12651284A JP S616654 A JPS616654 A JP S616654A
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JP
Japan
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layer
photoreceptor
substrate
forbidden band
photosensitivity
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JP12651284A
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English (en)
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Minoru Koyama
稔 小山
Ko Yasui
安井 甲
Kazuhisa Kato
加藤 一久
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Stanley Electric Co Ltd
Original Assignee
Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
    • G03G5/02Charge-receiving layers
    • G03G5/04Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor
    • G03G5/08Photoconductive layers; Charge-generation layers or charge-transporting layers; Additives therefor; Binders therefor characterised by the photoconductive material being inorganic
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    • G03G5/08214Silicon-based
    • G03G5/08235Silicon-based comprising three or four silicon-based layers
    • G03G5/08242Silicon-based comprising three or four silicon-based layers at least one with varying composition

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】 技術分野 本発明は、電子写真感光体及びその製造法に係シ、特に
アモルファスシリコン電子写真感光体とその製造法に関
するものである。
従来技術 従来、複写機、レーザープリンターなど電子写真装置の
感光体としては、アルミニウムなどの金属基板上にSe
 ’、 ZnO、CdS或いは有機半導体などの光感度
を有する材料を蒸着、塗布などの方法によって薄層にし
て形成したものが用いられている。
しかし極く最近になって、これらの材料とは異なる新規
な材料として、他の半導体素子材料として注目されてい
る無定形(非晶質)ケイ素(いわゆるアモルファスシリ
コン、以下a−3iと略す)を電子写真感光体材料とし
て用いると優れた特性のものが得られることが見いださ
れた。
このa−8tを用いた感光体やかかるa−3i層の製造
方法などは、例えば本出願人による特開昭57’−37
352号公報や特開昭57−78546号公報などに詳
細に述べられている。このa−8iを電子写真感光体材
料として用いると、従来の感光体材料に比し遜色のない
むしろ優れた帯電特性、光感度特性を有するだけでなく
、従来よシも機械的及び熱的強度が優れた長寿命で無公
害の感光体が得られるとととなり、これを用いた複写機
など電子写真装置の開発が鋭意すすめられている。
a−8iを基板上に薄層として形成する方法としては、
蒸着法、反応性スパッタソング法、イオンブレーティン
グ法、クラスターイオンビーム法など種々考えられる。
上記発明においては真空容器内に基板を置き、SiH4
などのガスを導入して外部電源から供給される高周波電
力を真空容器内に置かれた電極に供給してグロー放電を
おこさせてSiH4ガスを分解しa−8i層を基板上に
堆積させる、いわゆるプラズマCV D (Chemi
cal VapoYDep。
5ition)法が採用され、形成したa−8i層の中
には多くの水素原子がとりこまれ、その他微小Si単結
晶、5lnH2nなどが混在していてa−8i層の電気
的性質を左右している。電子写真感光体の場合、とのa
−8i層を数+μmの厚みで堆積させるのであるが、高
抵抗であることが要求されるので、B。
Bと0或いはBとNなどの不純物を適当量添加すること
が行われる。また、感光体としての特性を向上させるた
めに、場合によりこのa−3i層の上面(表面)が下面
(裏面)或いは両面に極めて抵抗の高い絶縁層(以下、
これをブロッキング層という)を、形成する。
第1図にa−8i層の上下面にブロッキング層を有する
積層型a−8i感光体の基本構造が示されている。ここ
で、a−8i感光体層1を挾んだ上面に上部ブロッキン
グ層3が、また金属性基板2とa−St感光体層1との
間に下部ブロッキング層3′が形成されている。上部ブ
ロッキング層3及び下部ブロッキング層イとしては、5
ixNl−X、 5ixC,−x。
燐(P)添加のa−8i 、 5iXO+ −z + 
 酸素(0)添加のa−8iなどが用いられ、下部ブロ
ッキング層3′は基板2がAlであることが多いのでA
l1203 も多用される。
これらのブロッキング層を設けるのは次の理由による。
電子写真プロセスでは感光体表面をコロナ放電によって
帯電させ電荷を蓄積させる必要があり、a−8i層の抵
抗率を上げてもこれをさほど大きくできず帯電させても
電荷がa−siNを移動して表面に電荷が蓄積されない
。このため、ブロッキング層を設けることによって表面
電位が高くとれなくなることを防ぎ、また基板側の方か
ら表面に蓄積される電荷と逆の符号の電荷が注入されて
表面電位が低くなることを阻止することにあり、特に上
部ブロッキング層には上記コロナ放電にょるa−8i表
面層の損傷を防ぐ目的も兼ねている場合がある。
しかしながら、かかる従来法でなるa−8i感光体にお
いてもその優れた特性を発揮できない以下の如き問題点
がある。
前述のことから、a−8i表面層に電荷を蓄積させるこ
とによって暗減衰を少なくし電荷保持能力を高め、表面
を高電位にして高分解能の画質を得ようとするためには
、上部ブロッキング層は高抵抗であることが望ましい。
抵抗率が一定ならばブロッキング層の厚みを増せば高抵
抗にはなる。しかし、この厚みを増せばa−8i層の光
感度特性は悪くなり、また画像光を照射しても電荷が残
留し表面残留電位が低くならないので画質が極端に劣化
してしまうことになる。よってブロッキング層の厚みは
電荷が伝導キャリヤとしてトンネルしていく程度の厚さ
しか許されないのである。このためブロッキング層の高
抵抗化と感光体としての帯、霊能力及び光感度を高くす
ることとは両立しなかった。従って実用的な光感度を有
するa−8i感光体として用いるには、分解能が多少低
下するがブロッキング層を薄くして表面電位を低くして
用いる方法しか採れなかったのである。
一方、本体のa−8i層の伝導型と異なる伝導型を有す
るa−8i層をブロッキング層とし、その整流性によっ
て電荷の移動をブロックする方法を採ったとしても、伝
導型を明確なp型、n型としてしまうと低抵抗となるた
め、この方法にも限界があり充分な効゛果が得られてい
ないのが現状である。
目   的 本発明の目的は、暗減衰が少なく表面電位が高くとれ且
つ光感度が長波長領域まで低下しないa−8i電子写真
感光体及びその製造方法を提供することにある。
概要 本発明においては、a−8i悪感光を製造するに際し、
a−3iに炭素原子及び窒素原子のいずれか一方を該a
−8i層の基板側から表面側に向かって漸次増加するよ
うに添加することに特徴を有する。
発明の開示 本発明によシ得られる電子写真感光体としてのa−8i
層の内部構造を、第2図に示すa−8i悪感光のエネル
ギー帯構造の模式図により説明すると、基板2側(第1
図において)にのみ下部ブロッキング層3′が存在して
いるa−8i感光体において、a−8i悪感光層1の実
質的な禁制帯幅が基板2から表面へ向かって広くなるよ
うな構造となっている。この禁制帯域の違いによる電気
的性質、光学的性質の変化を利用して感光体の特性を向
上させるものである。
本発明の製造方法の一例を述べる前に、上記構造による
利点を記述する。
a−8i半導体のエネルギー帯構造、禁制帯幅は単結晶
Siのそれとは同じには論じられないが、非晶質といえ
ども短距離秩序性は存在するわけであるから、実質的な
光学的禁制帯幅を考えれば第2図の概念図を用いて一応
のa−3iの定性的解析説明はできる。一般的にいって
、半導体の禁制帯幅が大きくなればなるほど高抵抗の半
導体となり、光伝導が起きるだめの光の波長は短波長側
へ移動し、長波長の光は内部まで透過浸透し易くなる。
従って、a−8iの表面領域の禁制帯幅が広くなるよう
に製作すれば感光体表面付近の電気抵抗が高くなるので
感光体表面の帯電性が良くなりその表面を高電位にする
ことができ、且つ暗減衰が少ない状態にすることができ
る。しかしながら禁制帯幅の広いa−8i層領域を基板
測寸で連続させれば帯電性、暗減衰は良くなるが、短波
長の光しかキャリヤの伝導性の向上に寄与しなくなるの
で、光。
感度は非常に低下してしまうし、使用できる光波長範囲
は極めて限定される。そのため基板に近い側のa−8i
層の禁制帯幅を逆に狭くすれば表面層と逆の性質があら
れれその領域の電気抵抗は減少するし、また光の吸収端
も長波長まで伸びることになる。つまり表面に向かって
実質的な禁制帯幅が広くなるような内部構造を有するa
−8i層が得られれば、帯電を表面の禁制帯幅の広い領
域で受けもたせ、光感度の波長範囲を大きくとるために
この領域を透過してしまう比較的長波長の光を基板側の
狭禁制帯幅領域で吸収させることにょシ帯電性に優れ且
つ長波長の光に対しても感度が充分な感光体を実現でき
ることが予想されたので、このような構造を有する感光
体を製造したところ、極めて優れた特性を有する感光体
が得られたのである。
このa−8iの実質的な禁制帯幅を基板側から表面側に
向かって第2図のように連続的に広くするのではなく、
第3図に示したように階段状に広くなるような構造にし
てもよいことは勿論である。
尚、図中、cBは伝導帯、VBは価電子□帯、EFはフ
ェルミレベルを示す。
以下、実施例によって本発明をさらに説明する。
実施例 真空容器の内容積的14A’のプラズマCVD装置を用
い、との容器には油回転ポンプ、油拡散ポンプ、メカニ
カルブースターポンプの排気系が接続され到達真空度は
約2 x 10 ’Paである。周波数13.56 M
H2の高周波電源(出力可変)から高周波電力が真空容
器内の円筒電極に供給され、a−8i層を堆積する基板
とは容量結合されている。
まず、JIS3003の鏡面研磨したA1円筒形ドラム
(外径80龍?、内径74罷ψ、長さ350mm )を
基板とし円筒電極内に設置した。この基板を回転させな
がら230℃まで加熱し一定に保つ。
一旦真空排気された真空容器に流量500 SCCMの
5iH4(20%1nH2) 60 SCCMのB2H
,(0,1%1nH2)ガスを導入し約130P6Lに
保ちなからRF電力を電極面積に対しo、3w/crI
Lでグロー放電分解を起こさせa−8i 4基板上に堆
積しはじめる。1分後にN2ガスを10 SCCM加え
10分間堆積させその後N2ガスを208CCMに増加
させてまた10分間堆積させる。これを10分毎に繰り
返して行ないN原子の混入量を増加させていき61分後
にN2ガスを70 ’SCCM 、5分間、1003C
CM 、 2分間、5008CCM 、 2分間、io
ooSccM、 2分間の堆積後RF電力の供給を停止
し終了させる。
この最終時のモル比はN2/5iH4= t oである
。この時のa−8i層の膜厚は約21μmであった。
得られた膜の実質的な光学的禁制帯幅を測定した結果、
最初の1分間の製作条件で得られた値は約1.65 e
vであり、最後の2分間の製作条件で得られた値は約5
.1 eVであυ、上述した方法で禁制帯幅を変化させ
るのに成功した。
上述の方法で製作した感光体を24時間暗順応させた後
、帯電特性、光感度特性を調べた結果、下表に示すよう
に従来のa−8i感光体に比し極めて優れた特性を得る
ことができた。
本発明法で得られたa−8i感光体を市販の複写機を改
造した試験用複写機に組み込んで試験をしたところ極め
て鮮明な画像が得られ、本方法で得られたa−8i感光
体の優秀性が実証された。
上記の実施例ではプラズマCVD法でSiH4ガスに対
するN7分圧を上げながら行なったわけであるが、前に
述べた反応性スノ(ツタリング、イオンブレーティング
、クラスターイオンビーム法、蒸着法でも同様にN2分
圧を序々に増加することで第2図及び第3図のような内
部構造を有するa−8i層を得ることができる。
また上記実施例では基板側のa−3i層はp型となるか
ら、コロナ放電で正帯電を行なわせれは基板側からの電
子の注入に対してブロッキング層がなくともブロッキン
グし得る。一方、a−8i層の表面側では組成はS i
 xN+ −xとなり絶縁膜に近くなるから、表面層に
ブロッキング層が形成されているとみてもよい。これら
のこととは無関係にa−8iの上面および/または下面
に別途のブロッキング層を設けてもよい。
前記の実施例ではa−3i内に第■族不純物を入れてp
型にしたものを述べたが、PH8などのガスによって第
■族不純物を添加したn型のa−8i層を構成すること
もできることは勿論である。
第2図及び第3図に示した内部構造を有するa−8i層
金得るために、SiH4のプラズマCVD法でN2ガス
の混入量を変化させることで行なったが、この他NH3
ガスを用いても同様の効果を得ることが判った。また、
N原子の代りにCH4或いはC2H4ガスを用いてC原
子の混入によっても禁制帯幅を変化させることが判った
発明の効果 以上述べてきたことから理解されるように、本発明によ
れば第2図及び第3図に示すような実質的な禁制帯幅が
変化した内部構造を有するa−8i悪感光を製造するこ
とができ、これによって帯電性に優れ、暗減衰が少なく
表面が高電位にできるとともに長波長域まで充分に光感
度を有する優れた感光体が得られる。しかも得られたa
−3i感光体はその表面が高抵抗であるのて一定の表面
電位を得るためのコロナ放電電流が少なくて済む。従っ
て、表面損傷が小さくなシ長寿命にもなる。また表面電
位が光感度の低下なしに高くとれるので、コロナ帯電の
時間を短縮でき、高速電子写真プロセスに対応できる。
しかも、本発明法によればa−8iを堆積させる工程の
中に特定ガスの流量を変化させるだけで行なえるので、
その製造が極めて容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はa−8i悪感光の基本構造を示す一部断面図、
第2図及び第3図は本発明によって得られるa−8i感
光体層の禁制帯幅の変化状態を示すエネルギー帯構造の
模式図であシ、第2図は連続的な変化状態を、第3図は
階段状に変化している状態を示すものである。 1・・・・a−3i層、2・・・・基板、3,3′・・
・・ブロッキング層、CB・・・・伝導帯、VB・・・
・価電子帯、EF・・・・フェルミレベル。 第1図    第2図 3′ 第3図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)感光体層の基板側から表面側へ向かって該感光体
    層の実質的な禁制帯幅を漸次広くなるように構成したこ
    とを特徴とする電子写真感光体。
  2. (2)前記感光体層がアモルファスシリコン層でなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の電子写真
    感光体。
  3. (3)アモルファスシリコンを感光体層とする電子写真
    感光体の製造方法において、該アモルファスシリコンに
    不純物として炭素原子及び窒素原子の少なくとも一方の
    原子を該不純物の添加量が基板側から表面側へ向かって
    漸次増加するように添加することを特徴とする、上記電
    子写真感光体の製造方法。
  4. (4)前記アモルファスシリコンが伝導型決定不純物と
    して第III族元素及び第V族元素の少なくとも一方の元
    素を含むことを特徴とする、特許請求の範囲第3項に記
    載の電子写真感光体の製造方法。
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