JPS62198867A - 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】 ［発明の目的コ （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電層を形成する材料として
、ＣｄＳ、ＺｎＯ，Ｓｅ、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、Ｓｅ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−Ｔｅ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−８ｉ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−５ｉ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−８ｉ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−３ｉ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−
８ｉ膜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−８ｔ１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たレーザビー
ムプリンタに使用することが困難である。また、ａ−８
ｉ膜中の水素の含有量が多い場合は、成膜条件によって
、（ＳｉＨ２）ル及び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、水素含有量が少ないと、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Ｇ６！Ｈ４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躾を
生成するものがあるが、一般に、シラン系ガスとＧｅＨ
＋とでは、最適基板温度が興なるため、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。

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、耐環境性が自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、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
ＷｌｉＩは周期律表の第■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１１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
Ｏ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−８ｉ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■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
−３ｉで形成されているから、長波長光に対する感度が
高い。更に、表面層は、窒素Ｎ、炭素Ｃ又は酸素０を含
むμ、ｃ−３ｉで形成されているから、電荷保持能が高
い。光導電層は、電荷発生層と電荷輸送層とに分離した
機能分離型に構成しても良い。

なお、μｃ−３ｉ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−８ｔ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−
８ｉ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１０８Ω・αであるのに対し、μｃ−５ｉは１Ｑ
１１Ω・α以上の暗抵抗を有する。このμＧ−３ｉは粒
径が約数子Å以上であるｅｔａ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因である。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ＩＩ壁層２２の上に光導電層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−８ｉ陣壁層は更に周期律表の第
■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−３ｉ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
−３ｉで形成されている。

障壁層２２は、導電性支持体から、光＋１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
ら光導電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。この障壁層の
層厚は０．０１乃至１０μｍであることが好ましい。

μＣ−８ｉｅｐ型にするためには１、周期律表の第■族
に属する元素、例えば、硼素Ｂ、アルミニウムＡＩ、ガ
リウムＧａ、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−３ｉ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Ａｓ、アンチモンｓｂ及びビスマスＢ
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
成することもできる。これは、μＣ−３ｉにＣ，Ｏ，Ｎ
を含有させればよい。このＣ１０、Ｎを含有するμｃ−
８ｉに周期律表の第■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■族又は第Ｖ族に属する元素を
含有するμｃ−３ｉ層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
。

光導電層２３はａ−８ｉ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、５ｉＨｚ又は（ＳｉＨ２
）ル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、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の上に形成された表面層２４はＣ１０、又
はＮを含有するμｃ−８ｉで形成されている。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ど共に
、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−３
ｉ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。

μｃ−８ｉ又はａ−８ｉに窒素Ｎ、炭素Ｃ及び酸素０か
ら選択された少なくとも１種の元素をドーピングするこ
とにより、μｃ−８ｉ又はａ−８１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−３ｉ及びμＣ−８ｔ中の窺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、各層間の密
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！１４０が電荷発生Ｍ３４と電荷輸送
１！３３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、導電性支持体３１の上に
、μｃ−３ｉ陣１！１１３２と、ａ−３ｉ又はμＣ，−
８ｉで形成された電荷輸送層３３と、ａ−８１電荷発生
層３４と、μｃ−８ｉ表面層３５とが形成されている。

電荷発生層３４は光の照射によりキャリアを発生する。

電荷移動１ｌＩ３３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３
３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ＳｉＨ４，Ｂ２　Ｈ６。

Ｈ２、Ｈｅ、Ａｒ、ＣＨ４、Ｎ２　廊の原料ガスが収容
されている。これらのガスボンベ１．２．３゜４内のガ
スは、８９Ｍ１１整用のパルプ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、バルブ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間に高周波電流が供給されるようになって
いる。回転軸１ｏ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１８
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を一定温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　、　１ｔｃ
−８ｉ又はａ−ＢＮが堆積する。なお、原料ガス中にＮ
２０゜ＮＨ３、ＮＯ２、Ｎ２　、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４，０
２ガス等を使用することにより、Ｎ、Ｃ１０等の元素を
μｃ−８ｉ又はａ−８ｉ中に含有させることができる。

μｃ−８ｉ又はａ−８ｉ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、’ＳｉＦ４及び５ｉｌｌｓ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−Ｓｉ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、
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、ＧｅＨ４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。

ＬＵＬ二 導電性支持体を加熱して約３００℃に保持し、２００Ｓ
ＣＣＭの流量のＳｉＨ＋ガス、このＳｉＨ＋ガスに対す
る流量比が１０−ＢのＢ２　Ｈ６ガス、及び１００ＳＣ
ＣＭ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、１３．５６ＭＨ２で６００Ｗの高周波電力を印
加して、電極とドラムとの間にＳ　ｉ　Ｈ４，８２８６
及びＮ２のプラズマを生起させ、ｐ型のＮを含むμｃ−
８ｉからなる障壁層を形成した。

次いで、ＳｉＨ＋ガス流】を５００ＳＣＣＭ、８２　Ｈ
６ガス流量を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−８１光導電層を形成した。

その後、同様の操作でＣ１○、又はＮを含有したμｃ−
３ｉ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、感光体表面の露光量が２５　ｅｒＱ　／
Ｃ１１１２であっても、鮮明で解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。

［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：ポンベ、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ニドラム基体、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 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１　図 第２図 Ｂ 第３図

Claims (3)

【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。