JPS62198866A - 電子写真感光体 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、帯電特性、光感度特性及び耐環境性等が優
れた電子写真感光体に関する。

（従来の技術） 従来、電子写真感光体の光導ｍｍを形成する材料として
、ＣｄＳ、ＺｎＯ１Ｓｅ、５ｅ−Ｔｅ若しくはアモルフ
ァスシリコン等の無機材料又はポリ−Ｎ−ビニルカルバ
ゾール（ＰＶＣＺ）若しくはトリニトロフルオレノン（
ＴＮＦ）等の有機材料が使用されている。しかしながら
、これらの従来の光導電性材料においては、光導電特性
上、又は製造上、種々の問題点があり、感光体システム
の特性をある程度犠牲にして使用目的に応じてこれらの
材料を使い分けている。

例えば、Ｓｓ及びＣｄＳは、人体に対して有害な材料で
あり、その製造に際しては、安全対策上、特別の配慮が
必要である。従って、製造装置が複雑となるため製造コ
ストが高いと共に、特に、Ｓｅは回収する必要があるた
め回収コストが付加されるという問題点がある。また、
Ｓｅ又は５ｅ−６ｊｅ系においては、結晶化温度が６５
℃と低いため、複写を繰り返している間に、残留電位等
の光導電特性上の問題が生じ、このため、寿命が短いの
で実用性が低い。

更に、ｚｎＯは、酸化還元が生じやすく、環境雰囲気の
影響を著しく受けるため、使用上、信頼性が低いという
問題点がある。

更にまた、ＰＶＣｚ及びＴＮＦ等の有機光導電性材料は
、発癌性物質である疑いが持たれており、人体の健康上
問題があるのに加え、有機材料は熱安定性及び耐摩耗性
が低く、寿命が短いという欠点がある。

一方、アモルファスシリコン（以下、ａ−３ｉと略す）
は、近時、光導電変換材料として注目されており、太陽
電池、薄膜トランジスタ及びイメージセンサへの応用が
活発になされている。このａ−８ｉの応用の一環として
、ａ−８ｉを電子写真感光体の光導電性材料として使用
する試みがなされており、ａ−５ｉを使用した感光体は
、無公害の材料であるから回収処理の必要がないこと、
他の材料に比して可視光領域で高い分光感度を有するこ
と、表面硬度が高く耐摩耗性及び耐衝撃性が優れている
こと等の利点を有する。

このａ−８ｉは、カールソン方式に基づく電子写真法用
の感光体として検討が進められているが、この場合に、
感光体特性として抵抗及び光感度が高いことが要求され
る、しかしながら、この両特性を単一層の感光体で満足
させることが困難であるため、光導電層と導電性支持体
との間に障壁層を設け、光導電層上に表面電荷保持層を
設けた積層型の構造にすることにより、このような要求
を満足させている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、ａ−８ｉは、通常、シラン系ガスを使用した
グロー放電分解法により形成されるが、この際に、ａ−
３ｉ１１中に水素が取り込まれ、水素量の差により電気
的及び光学的特性が大きく変動する。即ち、ａ−３ｉ１
１に侵入する水素の量が多くなると、光学的バンドギャ
ップが大きくなり、ａ−３ｉの抵抗が高くなるが、それ
にともない、長波長光に対する光感度が低下してしまう
ので、例えば、半導体レーザを搭載しだレーザビームプ
リンタに使用することが困難である。また、ａ−８ｉｌ
ｌｌ中の水素の含有量が多い場合は、成膜条件によって
、（ＳｉＨ２）ｒＬ及びＳｉＨ２等の結合構造を有する
ものが膜中で大部分の領域を占める場合がある。そうす
ると、ボイドが増加し、シリコンダングリングボンドが
増加するため、光導電特性が劣化し、電子写真感光体と
して使用不能になる。逆に、ａ−８ｉ中に侵入する水素
の量が低下すると、光学的バンドギャップが小さくなり
、その抵抗が小さくなるが、長波長光に対する光感度が
増加する。しかし、通常の成膜条件で作成した従来のａ
−８ｉにおいては、水素含有層が少ないと、シリコンダ
ングリングボンドと結合してこれを減少させるべき水素
が少なくなる。このため、発生するキャリアの移動度が
低下し、寿命が短くなると共に、光導電特性が劣化して
しまい、電子写真感光体として使用し難いものとなる。

なお、長波長光に対する感度を高める技術として、シラ
ン系ガスとゲルマンＧｅＨ＋とを混合し、グロー放電分
解することにより、光学的バンドギャップが狭い膜を生
成するものがあるが、一般に、シラン系ガスとＧｅＨ＋
とでは、最適基板温度が異なるため、生成した膜は構造
欠陥が多く、良好な光導電特性を得ることができない。

また、ＧｅＨ＋の廃ガスは酸化されると有毒ガスとなる
ので、廃ガス処理も複雑である。従って、このような技
術は実用性がない。　　　゛ また、従来、光導１ｉ層の上の表面層を、炭素、窒素又
は酸素等を含有し、絶縁性を示すａ−３ｉで形成してい
る。しかしながら、このａ−８ｉ表面層は、水分及び窒
化物がその表面に吸着しやすく、このような吸着により
、画像の流れが発生するという問題点がある。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、帯電能が優れており、残留電位が低く、近赤外領域ま
での広い波長領域に亘って感度が高く、基板との密着性
が良く、耐環境性が優れた電子写真感光体を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係る電子写真感光体は、導電性支持体と１、
この導電性支持体の上に形成された障壁層と、この障壁
層の上に形成された光導電層と、この光導電層の上に形
成された表面層と、を有する電子写真感光体において、
障壁層は周期律表の第１族又は第Ｖ族に属する元素から
選択された少なくとも１種の元素並びに窒素、炭素及び
酸素から選択された少なくとも１種の元素を含有するマ
イクロクリスタリンシリコンで形成され、光導電層は水
素を含有するアモルファスシリコンで形成されており、
表面層は水素を含有する窒化硼素で形成されていること
を特徴とする。

（作用） この発明においては、障壁層を炭素Ｃ１窒素Ｎ及び酸素
０から選択された少なくとも１種の元素を含有するマイ
クロクリスタリンシリコン（以下、μｃ−３ｉと略す）
で形成したから、比抵抗が高く電荷保持能が優れている
。また、障壁層に周期律表の第１族又は第Ｖ族に属する
元素を含有させることにより、障壁層をｐ型又はｎ型に
することができる。また、光導電層は水素を含有するａ
−８ｉで形成されているから、長波長光に対する感度が
＾い。更に、表面層は、水素を含有する窒化硼素（ＢＮ
）で形成したから、表面層には水分及び窒化物等が吸着
しにくく、画像の乱れが防止される。また、８Ｎは光学
的バンドギャップが大きく入射光を吸収しにくいので、
入射光は高効率で光導電層に到達しこの光導電層にて吸
収される。従って、キャリアの発生効率が高い。なお、
光導電層を電荷発生層と電荷移動層とに分離した機能分
離型に構成しても良い。

なお、μｃ−８ｔは、以下のような物性上の特徴により
、ａ−８ｉ及びポリクリスタリンシリコン（多結晶シリ
コン）から明確に区別される。即ち、Ｘ線回折測定にお
いては、ａ−３ｉは、無定形であるため、ハローのみが
現れ、回折パターンを認めることができないが、μｃ−
３ｉは、２θが２８乃至２８．５’付近にある結晶回折
パターンを示す。また、ポリクリスタリンシリコンは暗
抵抗が１０６Ω・αであるのに対し、μｃ−８ｉは１０
１１Ω・０以上の暗抵抗を有する。このμｃ−３ｉは粒
径が約数子Å以上である微結晶が集合して形成されてい
る。

（実施例） 以下、添附の図面を参照してこの発明の実施例について
具体的に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る電
子写真感光体の一部断面図である。アルミニウム基板等
の導電性支持体２１の上に、障壁層２２が形成されてお
り、この障壁層２２の上に光導電ｌ！２３が形成されて
おり、光導電層２３の上に表面層２４が形成されている
。障壁層２２はＣ，Ｏ，Ｎを含有するμｃ−８ｉで形成
されており、このμｃ−３ｉ障壁層は更に周期律表の第
１族又は第Ｖ族に属する元素から選択された少なくとも
１種の元素を含有する。光導電層２３は、水素を含有す
るａ−８ｉで形成されており、表面層２４は、Ｃ，Ｏ，
Ｎから選択された少なくとも１種の元素を含有するμＣ
−８ｉで形成されている。

障壁層２２は、導電性支持体から、光導電層へのキャリ
ア（電子又は正孔）の流れを抑制することにより、電子
写真感光体の表面における電荷の保持機能を高め、電子
写真感光体の帯電能を高める。カールソン方式において
は、感光体表面に正帯電させる場合には、支持体側から
先導′Ｉ！１層へ電子が注入されることを防止するため
に、障壁層をｐ型にする。一方、感光体表面に負帯電さ
せる場合には、支持体から光導電層に正孔が注入される
ことを防止するために、障壁層をｎ型にする。この障Ｗ
ｍの層厚は０．０１乃至１０μｍであることが好ましい
。

μｃ−８ｉをｐ型にするためには１、周期律表の第１族
に属する元素、例えば、硼素Ｂ、アルミニウムＡＩ、ガ
リウムＱａ、インジウムＩｎ及びタリウムＴ１等をドー
ピングすることが好ましく、μｃ−８ｔをｎ型にするた
めには、周期律表の第Ｖ族に属する元素、例えば、窒素
Ｎ、リンＰ、ヒ素ＡＳ１アンチモンｓｂ及びビスマス３
ｉ等をドーピングすることが好ましい。このｎ型不純物
又はｎ型不純物のドーピングにより、支持体側から光導
電層へキャリアが移動することが防止される。

また、バンドギャップを拡げることにより、障壁層を形
成することも１きる。これは、μＣ−８ｉにＣ，Ｏ，、
Ｎを含有させればよい。このＣ９０、Ｎを含有するμｃ
−８ｉに周期律表の第１族又は第Ｖ族に属する元素をド
ーピングすることによって、そのブロッキング能を一層
高めることができる。更に、Ｃ，Ｏ，Ｎを含有するμＣ
−８ｉ層と、周期律表の第１族又は第Ｖ族に属する元素
を含有するμｃ−８ｉｌｌとを積層させることによって
も、帯電能及び電荷保持能が高い障壁層を得ることがで
きる。

一般的に、光導電部材はその光学的バンドギャップより
大きなエネルギの光が入射されるとキャリアを発生する
。従って、光学的バンドギャップが小さいμｃ−３ｉは
エネルギが小さい長波長光も吸収してキャリアを発生す
る。このため、μＣ−３ｉは、可視光から近赤外光に至
る広い波長領域に亘って光感度が高く、発振波長が７９
０ｎｍの半導体レーザ光に対しても充分の感度を有する
。

この実施例においては、障壁層２２がμＣ−９ｉで形成
されているから、障壁層２２は光導電層２３を透過して
きた光を広い波長範囲に亘って吸収する。このため、陣
１１ｍ２２と支持体２１との界面にて反射する光が減少
し、この反射光と感光体表面にて反射する光との干渉に
よる干渉縞の発生が抑制される。

光導電層２３はａ−３ｉで形成されており、水素を含有
する。この水素含有量は１乃至１０原子％であることが
好ましい。光導電層は、キャリアを捕獲するトラップが
存在しないことが一理想的である。しかし、シリコン層
は、単結晶でない以上、多少の不規則性が存在し・、ダ
ングリングボンドが存在する。この場合に、水素を含有
させると、水素がシリコンダングリングボンドのターミ
ネータとして作用し、結合を補償してキャリアの走行性
を向上させる。水素の含有量は１乃至１０原子％である
。水素量が１０原子％を超えると、ＳｉＨ２又は（Ｓ＋
８２）ｎ等の結合が支配的となり、その結果、ダングリ
ングボンドが増加し、光導電性が劣化して所望の感光体
特性を得ること、ができない。一方、水素量が１原子％
よりも少ないと１．ダングリングボンドを補償しえなく
なり、キャリアの移動度及びライフタイムが低下する。

光導電層２３の上の表面層２４は水素を含有する絶縁性
のａ−ＢＮで形成されている。このａ−ＢＮ表面層は、
水分及び窒化物が吸着し難いので、画像の流れが抑制さ
れる。表面層を設けることにより、光導電層が損傷から
保護されと共に、表面層を形成することにより、帯電能
が向上し、表面に電荷がよくのるようになる。また、光
導電層のａ−８ｉは、その屈折率が３乃至４と比較的大
きいため、表面での光反射が起きやすい。このような光
反射が生じると、光導電層に吸収される光量の割り合い
が低下し、光損失が大きくなる。このため、表面層を設
けて反射を防止する。

ｕｃ−８ｉ又はａ−８ｉに窒素Ｎ１炭素Ｃ及び酸素０か
ら選択された少な（とも１種の元素をドーピングするこ
とにより、μｃ−８：又はａ−８ｉの暗抵抗を高くして
光導電特性を高めることができる。

ａ−８ｉ及びμｃ−８ｉ中の窒素はその濃度を層厚方向
に変化させることが好ましい。これにより、各１ＩｒＩ
Ａの密着性を高めると共に、キャリアの走行を滑らかに
することができる。

第２図は、光導電１１４０が電荷発生１ｉ！３’４と電
荷輸送１１３３とに分離された機能分離型の実施例を示
す。つまり、この実施例においては一導電性支持体３１
の上に、μｃ−８ｉ陣壁層３２と、ａ−３ｉ又はμｃ−
３ｉで形成された電荷輸送層３３と、ａ−５ｉ電荷発生
層３４と、ａ−ＢＮ表面層３５とが形成されている。電
荷発生１３４は光の照射によりキャリアを発生する。電
荷移動層３３は電荷発生層３４にて発生したキャリアを
高効率で導電性支持体に移動させる。電荷移動層３３に
水素をドーピングすることにより、そのキャリアの走行
性を高めることができる。また、電荷移動層３３に周期
律表の第■族又は第Ｖ族に属する元素をライトドープす
ることにより、その暗抵抗を高めて帯電能を向上させる
ことができる。

第３図は、この発明に係る電子写真感光体を製造する装
置を示す図である。ガスボンベ１，２゜３．４には、例
えば、夫々ＳｉＨ＋　、８２　Ｈ６。

Ｈ２、Ｈｅ、Ａ、ｒ、ＣＨ４、Ｎ２等の原料ガスが収容
されている。これらのガスボンベ１．２，３゜４内のガ
スは、流量調整用のバルブ６及び配管７を介して混合器
８に供給されるようになっている。

各ボンベには、圧力計５が設置されており、この圧力計
５を監視しつつ、パルプ６を調整することにより、混合
器８に供給する各原料ガスの流量及び混合比を調節する
ことができる。混合器８にて混合されたガスは反応容器
９に供給される。反応容器９の底部１１には、回転軸１
０が鉛直方向の回りに回転可能に取りつけられており、
この回転軸１０の上端に、円板状の支持台１２がその面
を回転軸１０に垂直にして固定されている。反応容器９
内には、円筒状の電極１３がその軸中心を回転軸１０の
軸中心と一致させて底部１１上に設置されている。感光
体のドラム基体１４が支持台１２上にその軸中心を回転
軸１０の軸中心と一致させて載置されており、このドラ
ム基体１４の内側には、ドラム基体加熱用のヒータ１５
が配設されている。電極１３とドラム基体１４との間に
は、高周波電源１６が接続されており、電極１３及びド
ラム基体１４問に高周波電流が供給されるようになって
いる。回転軸１０はモータ１８により回転駆動される。

反応容器９内の圧力は、圧力計１７により監視され、反
応容器９は、ゲートバルブ１８を介して真空ポンプ等の
適宜の排気手段に連結されている。

このように構成される装置により感光体を製造する場合
には、反応容器９内にドラム基体１４を設置した後、ゲ
ートバルブ１９を開にして反応容器９内を約０．１トル
（Ｔｏｒｒ）の圧力以下に排気する。次いで、ボンベ１
．２，３．４から所要の反応ガスを所定の混合比で混合
して反応容器９内に導入する。この場合に、反応容器９
内に導入するガス流量は、反応容器９内の圧力−が０．
１乃至１トルになるように設定する。次いで、モータ１
８を作動させてドラム基体１４を回転させ、ヒータ１５
によりドラム基体１４を一定濃度に加熱すると共に、高
周波電源１６により電極１３とドラム基体１４との間に
高周波電流を供給して、両者間にグロー放電を形成する
。これにより、ドラム基体１４上にａ−３ｉ　、μｃ−
３ｉ又ハａ　−ＢＮが堆積する。なお、原料ガス中にＮ
２０゜Ｎ１−１３　、　ＮＯ２、Ｎ２　、　ＣＨ４、Ｃ
２Ｈ４、０２ガス等を使用することにより、Ｎ、Ｃ，Ｏ
等の元素をμｃ−３ｉ又はａ−８ｉ中に含有させること
ができる。

μｃ−８ｉ又はａ−３ｉへの水素のドーピングは、例え
ば、グロー放電分解法による場合には、ＳｉＨ＋及び５
ｉ２Ｈｓ等のシラン系の原料ガスと、水素又はヘリウム
等のキャリアガスとを反応容器内に導入してグロー放電
させるか、Ｓ　ｉ　Ｆ４及び５ｉＣＩ＋等のハロゲン化
シリコンと、水素ガス又はヘリウムガスとの混合ガスを
使用しても良いし、また、シラン系ガスと、ハロゲン化
シリコンとの混合ガスで反応させても良い。更に、グロ
ー放電分解法によらず、スパッタリング等の物理的な方
法によってもμｃ−３ｉ又はａ−３ｉ層を形成すること
ができる。

このように、この発明に係る電子写真感光体は、クロー
ズドシステムの製造装置で製造することができるため１
人体に対して安全である。また、この電子写真感光体は
、耐熱性、耐湿性及び耐摩耗性が優れているため、長期
に亘り繰り返し使用しても劣化が少なく、寿命が長いと
いう利点がある。

さらに、ＧｅＨ＋等の長波長増感用ガスが不要であるの
で、廃ガス処理設備を設ける必要がなく、工業的生産性
が著しく高い。

次に、この発明の実施例について説明する。

ｍ二 導電性支持体を加熱して約３００℃に保持し、２００Ｓ
ＣＣＭの流量のＳ　ｉ　Ｈ４ガス、このＳｉＨ４ガスに
対する流量比が１０′″Ｂの８２　Ｈａガス、及び１１
００５ＣＣのＮ２ガスを混合して反応容器に供給した。

その後、メカニカルブースタポンプ及びロータリポンプ
等により反応容器内を排気して反応圧力を１トルに調整
した。

そして、１３．５６ＭＨｚで６００Ｗの高周波電力を印
加して、電極とドラムとの間にＳｉＨｓ、Ｂ２　Ｈｓ及
びＮ２のプラズマを生起させ、ｐ型のＮを含むμｃ−８
ｔからなる障壁層を形成した。

次いで、Ｓ　ｉ　Ｈ４ガス流量を５００ＳＣＣＭ。

８２　Ｈ６ガス流ｌをＳｉＨ＋ガス流量に対して１０−
７に設定してこれらのガスを反応容器内に導入した。そ
して、反応圧力が１．２トル、高周波電力が４００Ｗと
いう条件で３０μｍのａ−３ｉ光導電層を形成した。

その後、窒素ガスで１０％に希釈したＢ２　Ｈ６ガスを
５００８ＣＣＭ反応容器に導入し、４００Ｗの高周波電
力を印加してａ−ＢＮからなる表面層を形成した。

このようにして製造した電子写真感光体を半導体レーザ
プリンタに装着してカールソンプロセスにより画像を形
成したところ、感光体表面の露光層が２５　ｅｒａ　／
　ｃｏ＋２であっても、鮮明で鮮像度が高い画像を得る
ことができた。また、複写を繰り返して転写プロセスの
再現性及び安定性を調査したところ、転写画像は極めて
良好であり、耐コロナ性、耐湿性及び耐磨耗性等の耐久
性が優れていることが実証された。

１１Ｌ この実施例においては、光導電層を成膜する際に、Ｓｉ
Ｈ＋ガス及びＢ２Ｈ６ガスに加えて、Ｎ２ガスを５０８
ＣＣＭだけ反応容器内に導入した点のみが実施例１と異
なる。これにより、Ｎを含有するａ−８ｉからなる光導
電層を形成した。

このようにして製造した感光体においても、実施例１と
同様に、鮮明で解像度が高い画像が得られ、転写プロセ
スの再現性及び安定性も高く、耐久性も優れていた。

［発明の効果］ この発明によれば、高抵抗で帯電特性が優れており、ま
た可視光及び近赤外光領域において高光感度特性を有し
、製造が容易であり、実用性が高い電子写真感光体を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の実施例に係る電子写真感
光体を示す断面図、第３図はこの発明に係る電子写真感
光体の製造装置を示す図である。 １．２．３．４：ボンベ、５；圧力計、６；バルブ、７
：配管、８；混合器、９；反応容器、１０；回転軸、１
３：電極、１４；ドラム基体、１５；ヒータ、１６；高
周波電源、１９；ゲートバルブ、２１．３１　：支持体
、２２．３２；障壁層、２３，４０：光導電層、２４．
３５：表面層、３３：電荷移動層、３４：電荷発生層 第　１　図 第２　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体と、この導電性支持体の上に形成さ
   れた障壁層と、この障壁層の上に形成された光導電層と
   、この光導電層の上に形成された表面層と、を有する電
   子写真感光体において、障壁層は周期律表の第III族又
   は第Ｖ族に属する元素から選択された少なくとも１種の
   元素並びに窒素、炭素及び酸素から選択された少なくと
   も１種の元素を含有するマイクロクリスタリンシリコン
   で形成され、光導電層は水素を含有するアモルファスシ
   リコンで形成されており、表面層は水素を含有する窒化
   硼素で形成されていることを特徴とする電子写真感光体
   。
2. （２）光導電層は０．１乃至１０原子％の水素を含有す
   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）光導電層は炭素、酸素及び窒素から選択された少
   なくとも１種の元素を含有す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。
4. （４）障壁層、表面層又は光導電層において、窒素濃度
   が層厚方向に変化している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。