JPS63157165A - 電子写真用感光体 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子写真用感光体に関し、詳細にはオフィスオ
ートメーションにおける高速低騒音プリンターとして注
目されているレーザダイオードプリンター等に適用する
ことにより優れた効果を発揮する電子写真用感光体に関
するものである。

［従来の技術］ 最近アモルファスシリコン（以下ａ−３ｉ：Ｈと略記す
る）を電子写真用感光体の半導体膜として利用する研究
が盛んに行なわれ、実用化もかなり進められている。そ
の理由は、従来よりこの分野で汎用されてきたアモルフ
ァスセレン（ａ−Ｓｅ）系やＣｄＳ系の感光体に比べて
ａ−Ｓｉ：Ｈは環境汚染の恐れが少ない上に、耐熱性や
耐摩耗性等において一段と優れた特性を有しており、且
つλ＞６５０ｎｍの長波長光に対する光感度が優れてい
るからである。

たとえば第２図はａ−Ｓｉ：Ｈとａ−ＳｅＴｅの半減露
光エネルギーの波長依存性（半減露光量が小さい程光感
度は高い）を対比して示したもので、両者の半減露光量
はえ’Ｆ　６５０　ｎｍで逆転しており、λ＞６５０ｎ
ｍにおける光感度はａ　−３ｅＴｅよりもａ−Ｓｉ：Ｈ
の方が優れたものであることが分かる。そして該ａ−３
ｔ：Ｈを感光層とする感光体として現在正帯電用として
提案されているのは、たとえば第３図に示す様に、アル
ミニウムの如き導電性基板上に電荷注入阻止層としてｐ
型のａ−３ｉ：８層を形成し、その上に感光層となるａ
　−Ｓ　ｉ　：　Ｈ（１ｎｔｒｉｎｓｉｃ　）層（以下
ｉ型ａ−３ｉ：８層と言うことがある）を形成した後ａ
−５ｉＣ：Ｈを表面保護層として積層した構造のもので
ある。

ところで現在実用化されているレーザダイオードの発光
波長は最短のもので７８０ｒ＋ｍであるが、第２図から
も明らかな如＜ａ−Ｓｔ：Ｈの光感度はλニア００ｎｍ
をピークとしてそれ以上の長波長域では急激に低下して
くる。これは、第４図（縦軸のαは吸収係数、νは光の
振動数、ｈはブランク定数を示す）に示した光吸収係数
の光学エネルギー依存性から求められるａ−３ｔ：Ｈの
光学バンドギャップが１．７〜１．８　ｅＶであること
とも対応している。即ち上記光学バンドギャップを波長
に換算するとλ＝７３０〜６８０ｎｍとなり、これより
長波長側では量子力学的メカニズムからしても当然に光
エネルギーを効率良く吸収できなくなるものと考えられ
る。ところが現在汎用されているレーザダイオードの発
光波長は前述の如く７８０ｎｍ以上であるから、ａ−５
ｔ：Ｈタイプの感光体ではこの光を効率良く吸収するこ
とができず、Ａ−４サイズのもので２０〜３０枚／分程
度の印字速度を得るのが限界とされている。情報量の急
激な増大に伴う処理時間短縮の要請は非常に強く、複写
機等の関連機器の進歩とも相まって５０〜１００枚／分
といった高速印字を達成し得る様な感光体の開発が求め
られている。

こうした要請に沿うものとして「沖電気研究開発」第１
２０号、第５０巻、第２号（昭和５８年９月）、第４７
〜５４頁、及びシンポジウム“アモルファスシリコンデ
バイスはどこまできたか”論文集、電子写真学会（１９
８５年）、第７１〜７４頁に示される様な技術が開発さ
れ注目を集めている。即ちこれらの文献に開示された感
光体は第５図に示す様な積層構造を有するものであり、
７８０〜８００ｒｖ付近における半減露光量を従来のａ
−５ｔ：Ｈ型感光体に比べて低レベルに抑えることがで
き、レーザダイオードとしての光感度の大幅な上昇によ
り５０枚／分以上といった高速印字速度を達成すること
が可能となる。即ちこの感光体は、第５図からも明らか
な様にアルミニウム等からなる導電性基板上に電荷注入
阻止層としてｐ型ａ−３ｉ：Ｈ，帯電層としてｉ型ａ−
３ｉ：Ｈ，長波長側の感光層としてａ−３ｉＧｅ：Ｈ３
短波長側の感光層としてｉ型ａ−３ｔ：Ｈ１更に表面像
ｉｉ層としてａ−３ｉＣ：Ｈを順次積層して構成される
。該感光体における最大の特徴は、光学バンドギャップ
の小さいＧｅをａ−Ｓｉ　：Ｈに合金化させてなるａ−
３ｉＧｅ：Ｈを感光層の１つとして積層し、ａ−３ｉ：
８層によって短波長側の感度を確保しつつａ−３ｉＧａ
：８層によって長波長側の増感性向上を図ったものであ
り、高速印字の要請に答えることのできる非常に優秀な
ものと言える。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上記の方法には次の点で重大な難点がある。即
ち上記感光体最大の特徴的構成とされるａ−３ｉＧｅ：
Ｈの原料であるゲルマンガス（ＧｅＨ４）は、シランガ
ス（Ｓ　ｉ　Ｈ４）に比べて非常に高価であり（現時点
でＳ　ｉ　Ｈ４は約５０円／ｇであるのに対しＧｅＨ４
は約８００円／ｇと１６倍も高価である）ａ−５ｉＧｅ
：Ｈを積層構造中に含ませることによって感光体のコス
トは著しく高騰する。その結果経済性の点で汎用化が極
端に制限される。

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、ａ−３ｉＧｅ：Ｈに代り得る長波長側
増感機能を備え且つ安価に製造し得る様な°感光層素材
を模索し、高速印字の要請と経済性を共に満足し得る様
な電子写真用感光体をｔ是イ共しようとするものである
。

［問題点を解決するための手段コ 本発明に係る電子写真用感光体の構成は、支持体の上に
ｐ型又はｎ型のアモルファスＳｉ　：８層を形成し、そ
の上にアモルファスＳｉ：Ｈ（１ｎｔｒｉｎｓｉｃ　）
層、微結晶Ｓｉを含むアモルファスＳｉ：Ｈ［、アモル
ファスＳｉ　：Ｈ（１ｎｔｒｉｎｓｉｃ　）層および表
面保護層を順次積層してなるところに要旨を有するもの
である。

［作用］ 本発明者らはａ−ＳｉＧｅ：Ｈに代り得る長波長感度を
有し且つ比較的安価に製造し得る様な感光層素材を見出
すべく、様々の半導体膜素材について性能を比較検討し
た。その結果、微結晶Ｓｉを含むａ−Ｓｔ：Ｈ（以下、
μｃ−３ｉと称す）はａ−３ｉ：Ｈに比べて光学バンド
ギャップが小さく、長波長側において高感度を示し、こ
れを第５図に示した様な公知のａ−５ｉ　Ｇｅ　：　Ｈ
層に代わる長波長側増感層として使用すれば高性能の感
光体が得られるという確信を得た。

即ちμｃ−３ｔは、水素希釈シラン（Ｓ　ｉ　Ｈ。

／Ｈ２）やアルゴン希釈シラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４／Ａｒ）
に高い放電電力を投入してグロー放電分解することによ
り得られるものであり、μｃ−Ｓｔの光吸収係数のエネ
ルギー依存性は、製膜時における水素（又はアルゴン）
希釈比によってかなり変わってくる。たとえば第６図は
、水素希釈比μｃ−３ｉＭの光吸収係数が光学エネルギ
ーにどの様な影響を及ぼすか、という点を明白にすべく
行なった実験結果を示したものであり、また下記第１表
は水素希釈比を変え、基板温度：２６０’ｅ、ＲＦ電カ
ニ６００Ｗ、総ガス流量＝２００ｓｅｃｍ、ガス圧：　
０．Ｉ　Ｔｏｒｒで成膜したμｃ−Ｓｉの光学特性を示
したものである。これらからも明らかな様に水素希釈比
によってμｃ−Ｓｉ膜の光学特性はかなり変わってくる
。

上記第６図及び第１表からも明らかな様に、水素希釈比
（Ｘ）の値を変えることによってμＣ−５ｉの光学バン
ドギャップを調整することができ、たとえば該（Ｘ）の
値を０．５〜１０％の範囲に設定すれば、光学バンドギ
ャップが１．５〜１．６５ｅＶという低い値を持つμｃ
−Ｓｉ層を形成することができ、この光学バンドギャッ
プを波長に換算すると８３０〜７５０ｎｍという値が得
られる。

この波長は現在汎用されているレーザダイオードの発光
波長（７８０〜８００　ｎｍ）に対応し得るものであり
、長波長領域で高感度を示すものであることが確認でき
る。

但し第１表にも示した様に水素希釈比（Ｘ）の値を小さ
くし過ぎると暗導電率が急増してくる傾向が見られ、μ
ｃ−Ｓｉ層を表面側に近づけ過ぎたり厚くし過ぎると暗
減衰半減時間が短くなり、解像度が低下するといった問
題が生じてくる。しかしこうした問題については前記第
５図に示した様な積極構造を採用し、ｉ型ａ−Ｓｔ：Ｈ
からなる短波長感光層の間にμｃ−Ｓｉ層をサンドイッ
チ状に挟み込んだ構成とし、且つμｃ−５ｉ層の肉厚を
適正（好ましくは１．０〜２．０μｍ）に調整すること
によフて容易に対処することができる。

尚μｃ−３ｔ膜形成時における前記水素希釈比（Ｘ）の
値が小さ過ぎると、シラン濃度の稀薄化により製膜時間
が極端に長くなるばかりでなく、得られるμｃ−Ｓｉの
暗導電率が大きくなって解像力が劣悪になるので、水素
希釈比（ｘ）の値は０．５％程度までに止めるべきであ
り、こうした条件の下で確保し得るμｃ−３ｉの光学バ
ンドギャップは１．５ｅＶ以上という値が導かれる。

これらの点を総合して本発明で特徴付けられるμＣ−５
ｉ＠の好ましい光学特性等を定めるとすれば下記の通り
となる。

■光学バンドギャップ：１．５〜１．７　　（ｅ　Ｖ　
）　、より好ましくは１．５〜１．６　　（ｅ　Ｖ　）
、■暗導電率：　１０−１０〜１０−’　（１／Ω−ｃ
ｒｎ　）、より好ましく　は１０−’（１／Ω・ｃｍ）
以下、■ｎｔ−ｔτ積：　１０−７〜１０−０−５（ａ
／Ｖ　）　、より好ましくは１０〜７〜１０−’　（ｃ
ｍ２／Ｖ　）但しηは量子効率、μはキャリアのモビリ
ティ−１τはキャリアの寿命を夫々示す。

次に本発明に係る感光体（正帯電用）の製造方法につい
て、代表的な方法であるプラズマＣＶＤ法を例にとって
簡単に説明する。第７図は製膜装置を例示する説明図で
あり、図中１は製膜容器。

２はガス導入電極、３はヒータ、４は温度コントローラ
、５は回転用モータ、６はドラム状基板。

７は反応ガスの流量コントローラ、８は高周波電源、９
はマツチングボックス、１０は直流電源。

１１はフィルター回路、１２はブースタポンプ。

１３はタライオボンブ、１４．１５はロータリーポンプ
を夫々示し、この装置を用いた製膜手順を例示すると下
記の通りである。

■表面を清浄にしたドラム状基板（アルミニウム等）６
を製膜容器１内にセットする。

■ヒータ３によって基板６を加熱（たとえば２００〜３
００℃程度）しながら、容器１内をタライオポンブ１３
により真空引き（１０−’Ｔｏｒｒ程度まで）する。

■次いで流量コントローラを通してジボラン（Ｂ２　Ｈ
ａ　）とシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ４）の混合ガスを容器１内
へ導入し、高周波電源８よりマツチング回路９を介して
高周波電圧を印加することによりグロー放電を行ない、
基板６表面にｐ型のａ−３ｉ：Ｈ層を形成する。この間
ドラム状基板６はモータ５により一定の速度で回転させ
ることにより膜の均一化を図ると共に、温度コントロー
ラ４により容器１内の温度を一定に保持する（以下同様
）。

■ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈの製膜を終えた後は、放電を停止し
、流量コントローラ７の出口側バルブを閉として容器１
内を再び真空引き（同前）する。

■次いで流量コントローラを介してシラン（ＳｉＨ４）
を容器１内へ供給し、前記■と同様にして所定時間グロ
ー放電を行ないｐ型ａ　−３ｉ：Ｈ層の上にｉ型ａ−３
ｉ：ＨＦｉを形成する。

■その後放電を停止し、流量コントローラの出口側バル
ブを閉として容器１内を再び真空引き（同前）した後、
流量コントローラ７より所定量の水素（又はアルゴン）
で希釈したシランを容器１内へ導入し、前記■と同様に
して所定時間グロー放電を行なうことによって、ｉ型ａ
−Ｓｉ：Ｈ層の上にμｃ−Ｓｉ層を形成する。

■放電を停止し容器１内を真空引き（同前）した後、流
量コントローラよりシランを供給し前記■と同様にして
グロー放電を行なうことによりμｃ−５ｉ層の上にｉ型
ａ−５ｉ：Ｈ層を形成する。

■シランの供給を停止して再び容器１内を真空引きした
後、最後にアルゴン希釈されたエチレンガスを供給し直
流電源１０よりフィルター回路１１を介して直流バイア
ス電圧を印加すると共にＲＦｔｉｔ力を印加し、所定時
間グロー放電を行なうことによってｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層
の表面にａ−Ｃ−；Ｈからなる表面保護層を形成し、製
膜作業を完了する。■その後基板１が室温まで冷却する
のを待って容器１から取出す。

上記の様な方法によって形成される積層体における各層
の好ましい肉厚は、各層の光電特性等によって変わって
くるので一律に規定することはできないが、最も標準的
なものとして示すならば下記の通りである。

表面保護層（ａ−Ｃ：　Ｈ）　：　０．０５〜０．５　
μｍ、より好ましくは０．１〜０．３μｍ μｃ−３ｉ　　　　　　：　１．０〜２．０μｍｉ型ａ
−５ｉ：Ｈ：２０〜３０μｍ ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ：０．５〜２μｍ 上記の方法に代えて、μｃ−３ｉ層の形成［前記■の工
程コをスパッタリング法によって行なうことも可能であ
る。またＳｔ供給用の原料ガスとしてはＳ　ｉ　Ｈ，の
他Ｓｉ２　Ｈ６，５ｉ３Ｈ６。

５ｉ４Ｈ，。等の如くガス状あるいはガス化し得る水素
化珪素（シラン類）を使用することもでき、表面保護層
としてはａ−Ｃ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｈのほかａ−３ｉＮ
：Ｈも有効なものとして例示される。また基板としては
アルミニウムが最も一般的であるが、勿論これに限定さ
れるものではなく、たとえばＮｉＣｒ、ステンレス鋼、
Ｃｒ。

Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｂ等の金
属もしくはこれらの金属を含む合金よりなる導電性材料
、更にはポリカーボネート、ポリイミド等の合成樹脂か
らなるフィルム又はシート。

ガラス、セラミックス、紙等の電気絶縁材料を使用する
ことも可能である。但し電気絶縁性材料を使用するとき
は、少なくとも一方の表面に導電性処理を施して使用す
ることが望まれる。たとえばガラスやセラミックスを使
用する場合であれば、その表面にＮｉＣｒ、ＡＩ、Ｃｒ
、Ｍｏ、Ａｕ。

Ｉｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属もし
くは合金からなる薄膜を形成することにより導電性を付
与し、またポリイミドの如き合成樹脂であれば上記と同
様の金属もしくは合金の薄膜を真空蒸着、電子ビーム蒸
着、スパッタリング等によって表面に形成し、あるいは
表面にラミネートして導電性を与えることができる。基
板の形状は、図示した様なドラム状のほか、用途に応じ
てベルト状あるいは板状とすることも可能である。

更に負？電用感光体の場合には、Ｂ、Ｈ，の代りにＰ　
Ｈ３を用い、電荷注入阻止層をｎ型にすればよい。

［実施例］ Ａｌ製ドラム状基板の表面に、第７図及び前記■〜■に
示す工程に準じて複層膜を形成した。各製膜条件及び膜
厚を第２表に示す。尚第２表中の層Ｎｏ、は第１図に付
記した層Ｎｏ、に対応させている。

得られた感光体における半減露光エネルギーの波長依存
性は第８図に示す通りであり、本発明感光体は対照例と
して示す従来の感光体（ａ−Ｓｉ：Ｈ！＃独）に比べて
長波長域における半減露光エネルギーが小さく、８００
ｎｍの波長における同エネルギーを比較すると本発明感
光体は対照例の％〜局に減少しており、光感度にすると
本発明感光体の方が２〜３倍の感度を示すことが分かる
。

また該感光体の光電特性は第３表に示す通りであり、レ
ーザダイオードの中心波長であるλ押８００　ｎｍの波
長域における感度に優れたものであって、これをレーザ
プリンタ”−の感光体として使用することにより、印字
速度をＡ−４サイズ基準で５０〜９０枚／分程度まで高
めることが可能となる。

第３表 また上記実施例におけるμｃ−Ｓｉ層形成工程に代えて
、下記第４表に示すスパッタリング法でμｃ−３ｉ層を
形成したほかは前記と同様にして感光体を製造し、その
光電特性を調べたところ、上記とほぼ同様の結果が得ら
れた。

第４表 ［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、光導電層の一部と
して光学バンドギャップが１．５〜１．６５ｅＶである
μｃ−３ｉ層を含ませることによって、長波長域におけ
る半減露光量を大幅に低減させることかできる。殊に最
近主流となっているレーザダイオードの主波長である８
００ｎｍの波長で比較した場合、従来のａ−３ｔ：Ｈ系
感光体に比べて半減露光量を％〜局に減することができ
、当該波長における光感度を２〜３倍に高めることがで
きる。その結果Ａ−４サイズ基準の印字速度を従来の２
０〜３０枚／分から５０〜９０枚／分に加速することが
でき情報処理の高速化にも十分適合させることができる
。しかも本発明において長波長増感機能を発揮するμｃ
−３ｉ層は、水素又はアルゴンで希釈されたシランを使
用することによって比較的安価に形成することができ、
ａ−ＳｉＧｅを長波長増感層とする感光体に比べて格安
に提供することが可能となり、汎用化の要請にも答える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感光体の積層構造を示す説明図、
第２図はａ−３ｅとａ−３ｉ：Ｈについて半減露光エネ
ルギーと波長の関係を対比して示すグラフ、第３．５図
は公知の感光体の積層構造を示す説明図、第４図はａ−
５ｉ：Ｈの光吸収係数の光子エネルギー依存性を示すグ
ラフ、第６図は水素希釈比（Ｘ）を変えて得たμｃ−３
ｉの光吸収係数の光子エネルギー依存性を示すグラフ、
第７図は本発明に係る感光体の製法を例示する説明図、
第８図は従来材と本発明感光体について半減露光エネル
ギーと波長の関係を対比して示すグラフである。 １・・・製膜容器　　　　２・・・ガス導入電極３・・
・ヒータ　　　　　　４・・・温度コントローラ５・・
・回転用そ一夕　　６・・・ドラム基板７・・・流量コ
ントローラ ８・・・高周波、電源　　　９・・・マツチングボック
ス１０・・・直流電源　　　　１１・・・フィルター回
路１２・・・ブースターポンプ １３・・・タライオボンプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 支持体の上にｐ型又はｎ型のアモルファス Ｓｉ：Ｈ層を形成し、その上にアモルファスＳｉ：Ｈ（
   ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）層、微結晶Ｓｉを含むアモルファ
   スＳｉ：Ｈ層、アモルファスＳｉ：Ｈ（ｉｎｔｒｉｎｓ
   ｉｃ）層および表面保護層を順次積層してなることを特
   徴とする電子写真用感光体。