JPS63178252A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、帯電特性、暗減衰特性、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〕

水素（Ｈ）２含有するアモルファスシリコン（以下、ａ
−８ｉ：Ｈと略す）は、近年、光電変換材料として注目
されておシ、太陽電池、薄膜トランジスタ、及びイメー
ジセンナ等のほか、電子写真プロセスの感光体に応用さ
れている。

従来、電子写真感光体の光導電層を構成する材料、とじ
て、ＣｄＳ、ＺｎＯ１Ｓｅ、若しくは５ｅ−Ｔｅ等の無
機材料又はプリー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た。しかしながら、ａ−８ｉＨＨは
これらの無機材料又は有機材料に比して、無公害物質で
あるため回収処理の必要がないこと、可視光領域で高い
分光感度を有すること、並びに表面硬度が高く耐磨耗性
及び耐衝撃性が優れていること等の利点を有している。

このため、ａ−８ｉＨＨは電子写真プロセスの感光体材
料として注目されている。

このａ−８！：Ｈは、カールソン方式に基づく感光体の
材料として検討が進められているが、この場合、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、この両特性を単一の感光体層で満足させる
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、かつ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Ｋよシ、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、従来、障壁層としては高抵抗の絶縁性単一層
が用いられているが、このよう外陣壁層では、膜厚が厚
いと光導電層から支持体へ流れるキャリアが障壁層を通
過できず、その結果、残留電位が高くカつてしまり。一
方、膜厚が薄いと現像バイアスによシ絶縁破壊を生じて
しまう。また、障壁層としてｐ型又はｎ型の半導体を用
いた場合には、膜厚が厚いとダングリングボンド等の構
造欠陥にキャリアがトラップされ、残留電位が高くなり
、一方、膜厚が薄い場合には支持体からのキャリアをブ
ロックできず、帯電能が低下してしまう。

本発明は、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） 本発明者らは１種々研究を重ねた結果、電子写真感光体
の障壁層として超格子構造を用いることによシ、上記目
的を達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

即ち、本発明の電子写真感光体は、導電性支持体、障壁
層、および光導電層を具備する電子写真感光体くおいて
、前記障壁層は、伝導型を支配する元素を含む非晶質シ
リコン薄膜と、微結晶シリコン薄膜と、主として硼素お
よび窒素からなる半導体薄膜とを交互に積層して構成さ
れ、かつそれぞれの薄膜の膜厚が３０〜２００人である
ことを特徴とする。

本発明の電子写真感光体において、障壁層を構成する超
格子構造の非晶質シリコン（ａ−８ｉ）薄層に含まれる
伝導型を支配する元素とは、例えば周期律表第ｍ族又は
第■族に属する元素である。

これら元素の含有量は好ましくは１ｏ−ｓ〜１原子原子
上り好ましくは１０１〜ｔｏ”−”原子−である。

本発明において用いられる微結晶シリコン（μｃ−８ｉ
）は二粒径が約数十オンダストロムの微結晶化したシリ
コンと非晶質シリコンとの混合層によシ形成されている
ものと考えられ、以下のような物性上の特徴を有してい
る。第一に、Ｘ線回折測定では２θが２８〜２８．５’
付近にある結晶回折パターンを示し、ハローのみが現れ
る無定形のａ−８ｉから明確に区別される。第二に、μ
ｃ−８ｉの暗抵抗は１０”Ｑ−ｍ以上に調整することが
でき、暗抵抗が１０Ω・備のプリクリスタリンシリコン
からも明確に区別される。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に力る電子写真感光体の断
面構造を示す図である。同図におりで、１は導電性支持
体である。該導電性支持体の上には障壁層２が形成され
、その上には光導電ＷＡ３が形成されている。更に、光
導電層３の上には表面層４が形成されている。

第２図は本発明の他の実施例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図で、この実施例では電荷発生層および電
荷輸送層からなる機能分離型の光導電層が用いられてい
る。即ち、導電性支持体１及び障Ｗ層２の上に電荷輸送
Ｍ５が形成され、該電荷輸送層の上に電荷発生層６が形
成されている。

更に、電荷発生Ｉ８６の上には表面層４が形成されてい
る。

上記第１図および第２図の実施例における各部の詳細は
、次に説明する通シである。

導電性支持体１は、通常はアルミニウム製のドラムで構
成される。

障壁層２は、ａ−８ｔ薄膜、μｃ−８ｉ薄膜および主と
してＢおよびＮからなる半導体薄膜の超格子構造を有し
ている。このうちａ−８ｔ薄膜およびμｃ−８ｉ　ｉｌ
膜は水素が添加されたもの（μＣ−８ｉ　：Ｈ，ａ−８
ｉ　：Ｈ）とすることができる。

上記障壁層２は、導電性支持体１と電荷発生層５との間
の電荷の流れを抑制することによシ感光体表面の電荷保
持機能を高め、感光体の帯電能を高めるために形成され
るものである。従って、半導体層を障壁層に用いてカー
ルソン方式の感光体を構成する場合には、表面に帯電さ
せた電荷の保持能力を低下させないために、障壁層２を
ｐ型またはｎ型とすることができる。即ち、感光体表面
を正帯電させる場合忙は障壁層２をｐ型とし１表面電荷
を中和する電子が電荷発生層に注入されるのを防止する
。逆に表面を負帯電させる場合には障壁層２ｔ−ｎ型と
し、表面電荷を中和するホールが電荷発生層へ注入され
るのを防止する。障壁層２から注入搭れるキャリアは光
の入射で電荷発生層θ内に発生するキャリアに対してノ
イズとなるから、上記のようにしてキャリアの注入を防
止することは感度の向上をもたらす。なお、ａ−８ｆお
よびμｃ−８ｉをｐ型にするためには１周期律表の第■
族に属する元素１例えば硼素Ｂ、アルミニウム人！、ガ
リウムＱａ、インジウムＩｎ、及びタリウムＴ！等をド
ーピングすることが好ましい。また、ａ−３ｉおよびｐ
ｃ−８ｉｆ：ｎ型はするためには周期律表の第■族に属
する元素、例えば窒素、燐Ｐ、砒素Ａ３、アンチモンｓ
ｂ、及びビスマスＢｉ等をドーピングすることが好まし
い。

また、超格子構造の第１のａ−８ｔ薄膜およびμｃ−８
ｉ薄膜に炭素、窒素および酸素から選択された元素の一
種以上を含有させることにより、障壁層をより高抵抗と
することができる。

障壁層２の厚みは、１００Ａ〜１０μｍが好ましい。

障壁層２の上に形成される光導電層３は、ａ　−８ｉ；
Ｈ又はμｃ−８ｉ：Ｈによシ構成することができる。

光導電層３に光が入射するとキャリアが発生し。

このキャリアのうち一方の極性のものは感光体表面の帯
電電荷と中和し、他方の極性のものは光導電層３を走行
して導電性支持体に到達する。また、第２図に示す機能
分離型の感光体においては、光の入射により電荷発生層
６にキャリアが発生し、このキャリアのうち一方の極性
のものは感光体表面の帯電電荷と中和し、他方の極性の
ものは電荷輸送層５を走行して導電性支持体に到達する
。

障壁層２および光導電層３を構成する。ａ　−８Ｌ：Ｈ
およびμＣ−８１：ＨＫおける水素の含有量は、０．０
１〜３０原子−が好ましく、１〜２５原子−がより好ま
しい。このような水素の含有量によシ、シリコンのダン
グリングボンドが補償され、暗抵抗と明抵抗とが調和の
とれたものとなり、光導電特性が向上する。

ａ−８ｉＪ（層をグロー放電分解法により成膜するには
、原料としてＳｉＨ４及びＳｉ、Ｈ，等のシラン類ガス
を反応室に導入し、高周波によりグロー放電することに
よシ薄層中にＨを添加することができる。必要に応じて
、シラン類のキャリアガスとして水素又はヘリウムをガ
スを使用することができる。一方、８１Ｆ４ガス及び５
ｉＣ７，ガス等のハロゲン化ケイ素を原料ガスとして使
用することができる。また、シラン類ガスとハロゲン化
ケイ素ガスとの混合ガスで反応させても、同様ＩＣＨを
含有するａ−８ｉ：Ｈを成膜することができる。

なお、グロー放電分解法によらず、例えば、スパッタリ
ング等の物理的な方法によってもこれ等の薄層を形成す
ることができる。

ｐｃ−Ｓｉ層も、ａ　−Ｓｔ、　：　Ｈと同様に、高周
波グロー放電分解法によシ、シランガスを原料として、
成膜することができる。この場合に、支持体の温度をａ
−８ｉ：Ｈを形成する場合よシも高く設定し、高周波電
力もａ−８ｉ：Ｈの場合よシも高く設定すると、μｃ−
８ｉ：Ｈを形成しやすくなる。

また、支持体温度及び高周波電力を高くすることによシ
、シランガスなどの原料ガスの流量、を増大させること
ができ、その結果、成膜速度を早くすることができる。

また、原料ガスのＳｉＨ，及び８ｉ、Ｈ，等の高次のシ
ランガスを水素で希釈したガスを使用することによシ、
μｃ−８ｉＨＨを一層高効率で形成することができる。

光導電層３又は電荷発生６ｇの上に表面層４が設けられ
ている。光導電層３又は電荷発生層６を構成するａ−８
Ｉ：Ｈ等は、その屈折率が３乃至３．４と比較的大きい
ため、表面での光反射が起きやすい。このよう々光反射
が生じると、光導電層３又は電荷発生層６に吸収される
光量の割合いが低下し、光損失が大きくなる。このため
、表面層４を設けて反射を防止することが好ましい。ま
た、表面層４を設けることにより、電荷発生層６が損傷
から保護される。さらに、表面層を形成するととＫより
、帯電能が向上し、表面に電荷がよくのるようになる。

表面層を形成する材料としては、ａ−８ｉＮＨＨ，ａ−
８ｉＯ：Ｈｌ及びａ−８ｉＣ：Ｈ等の無機化合物並びに
ポリ塩化ビニル及びポリアミド等の有機材料がある。

このように構成される電子写真感光体の表面を、コロナ
放電によシ約５００■の正電圧で帯電させた状態で光（
ｈν）が入射すると、光導電Ｒ３において電子と正孔の
キャリアが発生する。この伝導帯の電子は、感光体内の
電界によシ表面層４側に向けて加速され、正孔は導電性
支持体１側に向けて加速される。この場合、従来の高抵
抗の絶縁性単一層からなる障壁層を用いると、前述のよ
うに、膜厚が厚いと光導電層から支持体へ流れるキャリ
アが障壁層を通過できず、その結果、残留電位が高くな
ってしまう。一方、膜厚が薄いと現像バイアスによシ絶
縁破壊を生じてしまう。また。

障壁層としてｐ型又はｎ型の半導体を用いた場合には、
膜厚が厚いとダングリングボンド等の構造欠陥にキャリ
アがトラップされ、残留電位が高くなり、一方、膜厚が
薄い場合には支持体からのキャリアをブロックできず、
帯電能が低下してしまう。これに対し、本発明の感光体
のように、障壁層を超格子構造とすると、ポテンシャル
井戸層においては、量子効果のために、超格子構造でな
い単一層の場合に比して、キャリアの寿命が５乃至１０
倍と長い。また、超格子構造においては、バンドギヤラ
グの不連続性によシ、周期的なバリア層が形成されるが
、キャリアはトンネル効果で容易にバイアス層を通シ抜
けるので、キャリアの実効移動度はバルクにおける移動
度と同等であシ。

キャリアの走行性が優れている。以上のごとく、薄層を
積層した超格子構造によれば、高光導電特性を得ること
ができ、従来の感光体よシも鮮明な画像を得ることがで
きる。

以下に第３図を参照し、上記実施例の電子写真感光体を
グロー放電法によシ製造する装置、並びに製造方法を説
明する。同図において、カスボンベ２１，２２，２３．
２４には１例えば夫々Ｓ　ｉＨ，、Ｂ、Ｈ，、Ｈ，、Ｃ
Ｈ，等の原料ガスが収容されている。これらガスポンベ
内のガスは、流量調整用のバルブ２６及び配管２７を介
して混合器２８に供給されるようになっている。各ボン
ベには圧力計２５が設置されており、該圧力計２５を監
視しつつバルブ２６を調整することにより混合器２８に
供給する各原料ガスの流量及び混合比を調節できる。混
合器２８にて混合されたガスは反応容器２９に供給され
る。反応容器２９の底部３１１１Ｃは、回転軸３０が鉛
直方向の回５に回転可能に取付けられている。該回転軸
３０の上端に、円板状の支持台３２がその面を回転軸３
０に垂直にして固定されている０反応容器２９内には、
円筒状の電極３３がその軸中心を回転軸３０の軸中心と
一致させて底部３１上に設置されている。感光体のドラ
ム基体３４が支持台３２上にその軸中心を回転軸３０の
軸中心と一致させて載置されておシ、このドラム基体３
４の内側にはドラム基体加熱用のヒータ３５が配設され
ている。電極３３とドラム基体３４との間には高周波電
源３６が接続されており、電極３３およびドラム基体３
４間に高周波電流が供給されるよう罠なっている。回転
軸３０は篭−夕３８により回転駆動される。反応容器２
９内の圧力は圧力計３７によシ監視され、反応容器２９
はゲートパルプ３８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。

上記製造装置によシ感光体を製造する場合には、反応容
器２９内にドラム基体３４を設置した後、ゲートパルプ
３９を開にして反応容器２９内を約Ｑ、１Ｔｏｒｒの圧
力以下に排気する。次いで、ボンベ２１，２２，２３．
２４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２９内に導入する。この場合に、反応容器２９内に
導入するガス流量は反応容器２９内の圧力が０．１乃至
１．　□　Ｔｏｒｒになるように設定する。次いで、モ
ータ３８を作動させてドラム基体３４を回転させ、ヒー
タ３５によシトラム基体３４を一定温度に加熱すると共
に、高周波電源３６によシミ極３３とドラム基体３４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。これによシ、ドラム基体３４上にｐｃ−８ｉ　
：Ｈ＋ａ−８ｉ　：Ｈが堆積する。

なお、原料ガス中ＫＮ、Ｏ、ＮＨ，、Ｎｏ、　、　Ｎ、
　。

ＣＨ，、Ｃ，Ｈ，、０，ガス等を使用することにより、
Ｃ、Ｏ、Ｎｆ　ｐｃ−８ｉ　：Ｈ−？　ａ−８ｉ　：Ｈ
中に含有させることができる。

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。

次に、この発明に係る電子写真感光体を成膜し、電子写
真特性を試験した結果について説明する。

試験例１ 必要に応じて、干渉防止のために、酸処理、アアルカリ
処理及びサンドブラスト処理を施した直径が８０層１幅
が３５０頗のアルミニウム製ドラム基体を反応容器内に
装着し、反応容器を約１０″″ｓトルの真空度に排気し
た。ドラム基体を２５０℃に加熱し、　ｉ　ｏ　ｒｐｍ
で自転させつつ、８ｉＨ，ガスを３　Ｑ　Ｑ　ＳＣＣＭ
％Ｂ、Ｈ，ガスをＳｉＨ。

ガスに対する流量比で１×１０　という流量で反応容器
内に導入し１反応容器内の圧力を１トルに調節した。そ
して、４００Ｗの高周波電力を印加してプラズマを生起
させ、ドラム基体上にｐ型のａ−８ｉｒＨ薄層を５０′
Ａ形成した。次いで、８ｉ）１゜ガス流量を５０８０層
Ｍとし、Ｈ！ガスを５００８ＣＣＭ、Ｂ、Ｈ，ガスを８
ｉＨ，ガスに対する流量比で５Ｘ１０”の流量で反応容
器内に導入し、Ｗの高周波電力を印加し、１００Ａのｐ
型μｃ　−８ｉ：Ｈ薄層（結晶化度６５チ）を形成した
。そシテ、更ニ、Ｎ、　カスヲ４　Ｑ　□　ＳＣＣＭ、
　Ｂ、Ｈ。

ガスをＮ、ガスに対する流量比で１０１という流量で反
応容器内に導入し、５００Ｗの高周波電力を印加して−
ｒＯＡのａ　−Ｂ　Ｎ薄層を形成した。

このような操作を繰返して、２５層のｐ型ａ−８ｉ：薄
層と２５層のｐ型μｃ−８ｉ：Ｈ薄層と２５層のａ−Ｂ
Ｎ薄層とからなる。ｊｏ　ｅ′ｏ　Ａの超格子構造の障
壁層を形成した。

次に、８ｆＨ，ガスを５　Ｑ　ＱＳＣＣＭ％Ｂ、Ｈ，ガ
スをＳｉＨ４ガスに対する流量比が１０　となるような
流量で反応容器内に導入し、反応容器内を１トルとし、
３００Ｗの高周波電力を印加して１５μｍのｉ型ａ−８
ｔ：Ｈ光導電層を形成した。

最後に、ｏ、　ｓ　ｐ　ｍの厚さのａ−８ｉＣ：Ｈから
なる表面層を形成した。

このようにして形成した感光体表面を約５００■で正帯
電し、白色光を露光すると、この光は電荷発生層で吸収
され、電子正孔対のキャリアが発生する。この試験例に
おいては、多数のキャリアが発生し、キャリアの寿命が
高く、高い走行性が得られた。これによシ、鮮明で高品
質の画像が得られた。また、この試験例で製造された感
光体を、繰返し帯電させたところ、転写画像の再現性及
び安定性は極めて良好であシ、更に、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。

試験例２ 光導電層としてｌ型ａ−８ｉ：Ｈ層の代わシにｉ型μｃ
−８ｉ層を形成したことを除き、試験例１と同様にして
電子写真感光体を製造した。なお、ｉ型μｃ−８ｉ層は
、ＳｉＨ，ガスを１１００５ＣＣ，Ｈ，ガスを１２００
ＳＣＣＭという流量で反応室内に導入し、圧力を１．２
トルとし、１ｋＷの高周波電力を印加することによシ得
られた。

このようにして製造された感光体は、半導体レーザの発
振波長である７８０乃至７９Ｑｎｍの長波長光に対して
も高い感度を有する。この感光体を半導体レーザプリン
タＫＷｒ戦してカールンングロセスによシ画像を形成し
たところ、感光体表面の露光量が２５ｅｒｇｃｄである
場合でも、鮮明で高解像度の画像を得ることができた。

この感光体を繰返し帯電したところ、転写画像の再現性
及び安定性が高く、耐コロナ性、耐湿性、及び耐磨耗性
などの耐久性が優れていた。

また、薄層の種類は、上記試験例のように３種類に限ら
ず、４種類以上の薄層を積層しても良く、要するに、光
学的バンドギャップが相違する薄層の境界を形成すれば
良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、障壁ＪＩＫ超格子構造を用いているた
め、キャリアの走行性が高いとともに、高抵抗のため帯
電特性の優れた電子写真感光体を得ることができる。特
に、この発明においては、薄層を形成する材料を適宜組
み合わせることによシ、任意の波長帯の光に対して最適
の光導電特性を有する感光体を得ることができるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る電子写真感光体を示す断
面図、第２図は他の実施例に係る電子写真感光体を示す
断面図、第３図は本発明の実施例に係る電子写真感光体
の製造装置を示す図である。 １・・・導電性支持体、２・・・障壁層、３・・・光導
電層、４・・・表面層、５・・・電荷輸送層、６・・・
電荷発生層。 出願人代理人　弁理士　　鈴　　江　　武　　彦第１図
　　　　第２図 北 第３図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体、障壁層、および光導電層を具備す
   る電子写真感光体において、前記障壁層は、伝導型を支
   配する元素を含む非晶質シリコン薄膜と、微結晶シリコ
   ン薄膜と、主として硼素および窒素からなる半導体薄膜
   とを交互に積層して構成され、かつそれぞれの薄膜の膜
   厚が３０〜２００Åであることを特徴とする電子写真感
   光体。
2. （２）前記伝導型を支配する元素は、周期律表第III族
   および第Ｖ族に属する元素から選ばれた少なくとも１種
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   子写真感光体。
3. （３）前記微結晶シリコン薄膜は周期律表第III族およ
   び第Ｖ族に属する元素から選ばれた少なくとも１種を含
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   子写真感光体。
4. （４）前記非晶質シリコン薄膜および微結晶シリコンの
   少なくとも一方は、炭素、酸素および窒素から選ばれた
   少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子写真感光体。
5. （５）前記光導電層は、周期律表第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一種の元素を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電子写真
   感光体。
6. （６）前記光導電層は、炭素、酸素および窒素のうちの
   少なくとも一種を含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電子写真感光体。
7. （７）前記光導電層の少なくとも一部は微結晶シリコン
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   電子写真感光体。
8. （８）前記光導電層の上に表面層を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光体。