JPS63178255A - 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）を含有するアモルファスシリコン（以下、ａ
−８１：Ｈと略す）は、近年、光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して
、ＣｄＳ、ＺｎＯ１Ｓｅ、若しくは８ｅ　−Ｔｅ等の無
機材料又はポＩＪ　　Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＣ
Ｚ）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。しかし々がら、ａ−８ｉｌ
Ｈ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かいこと、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−８ｉ：Ｈ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−８ｉ：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とどが要求される。し
かしながら、と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−を設
けた積層型の構造にすること忙よ）、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、このような障壁層では、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、残留電位が高くなりてしまり。一
方、膜厚が薄いと現像バイアスにより絶縁破壊を生じて
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、膜厚が厚いとダンプリングボンド等の構
造欠陥にキャリアがドラッグされ、残留電位が高くなシ
、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Ｖｃ＠ｉみてなされたものであつ
て、帯電能が優れており、残留電位が低く、近赤外傾城
までの広い波長領域に亘うて感度が高く、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、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１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において
、前記障壁層は、伝導型を支配する元素を含む微結晶シ
リコン薄膜と炭素、酸素および窒素から選ばれた少なく
とも１種の元素を含む非晶質シリコン薄膜とを交互に１
ｅＭして構成され、かつそれぞれの薄膜の膜厚が３０〜
２００Ａ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
格子構造の一方の微結晶シリコン薄層に含まれる伝導型
を支配する元素とは１例えば周期律表第■族又は第Ｖ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
１０〜１原子％、より好ましくは１０〜１０　原子係で
あゐ。

超格子構造の他方の非晶質シリコン薄膜に含まれる炭素
、窒素および酸素から選択された元素の一種以上の含有
量は、好ましくは５〜３０原子チ、よシ好ましくは５〜
２０原子係である。

本発明において用いられる微結晶シリコン（μｃ−８ｉ
）は、粒径が約数十オンゲ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勺形成されている
本のと考えられ、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２ｔＪ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、
μＣ−８１の暗抵抗は１０”Ｑ−ｍ以上に調整すること
ができ、暗抵抗が１０ＩΩ・備のポ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なる電子写真感光体の断
面構造を示す図である。同図において、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
、その上には光導電層３が形成されている。更に、光導
電層３の上忙は表面層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及び障壁層２の上に電荷輸送
層５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、電荷発生層６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
、次に説明する通りである。

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、μｃ−８ｉ膜とａ−３ｉ薄膜の超格子構造
を有しておシ、これら薄膜は水素が添加されたもの（ｐ
ｃ−８ｉ　：）（、ａ−８ｉ　：Ｈ）　トすルコとがで
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１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２ｆ
ｔ構成する薄膜のうち少なくとも微結晶シリコン薄膜を
ｐ型またはｎ型とする。即ち、感光体表面を正帯電させ
る場合には障壁層２をｐ型とし、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２を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がら注入されるキャリアは光の入射で電荷発
生層６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−８ｉおよびμＣ−８１
をｐ型にするためｋは１周期律表の第ｍ族に属する元素
、例えば硼素Ｂ、アルミニウムＡＩｊ。

ガリウムＧａ、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−８４およびμｃ−８ｉをｎ型にするためＫは周期律
表の第Ｖ族に属する元素、例えば窒素、燐Ｐ、砒ｇＡｓ
、アンチモンＳｂ、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、超格子構造の一方の薄膜であるμｃ−８ｉ薄膜釦
も炭素、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シ、障壁層をよシ高抵抗とすると
とができる。

障壁層２の厚みは、１００＾〜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−８ｉＨＨにより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３！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　−８ｆ：Ｈ
およびμｃ−８ｉ：ＨＫおける水素の含有量は、０．０
１〜３０原子−が好ましく、１〜２５原子憾がより好ま
しい。このような水素の含有量により、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
とれたものとなシ、光導電特性が向上する。

ａ−８ｉ：ＨＷＩをグロー放電分解法によシ成膜するｋ
は、原料としてＳｉＨ４及び８ｉ、Ｈ，等のシラン類ガ
スを反応室に導入し、高周波によジグロー放電するとと
Ｋ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
ガスを使用するととができる。一方、ＳｉＦ、ガス及び
８ｉＣＢ、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、同様に■（
を含有するａ−８ｉ：Ｈｔ−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とれ等の薄層を形成す
ることができる。

μｃ−ｓｉ４も、ａ−８ｉ：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Ｋ、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：）１の場合よシも高く設定すると、μｃ−８ｔ：
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Ｓｉ、Ｈ６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り、μ
ｃ−８Ｌ；Ｈを一層高効率で形成することができる。

光導電層３又は電荷発生層６の上に表面／１４が設けら
れている。光導電Ｂ３又は電荷発生ｋＪ６を構成するａ
−８ｉ：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。このような光
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を設けるととによシ、電荷発生層６が
損傷から保護される。さらに、表面層を形成することＫ
よシ、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−８ｉＮ：Ｈ，
ａ−８ｉＯ：Ｈ，及びａ−ｓｉｃ：）（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υ約５００ｖの正電圧で帯電させた状態で光（
ｈν）が入射すると、光導電ｍ３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）表面層４偶に向けて加速され、正孔は導電性
支持体１側に向けて加速される。この場合、従来の高低
°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
なりてしまり。一方Ｊ−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ｎ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、
残留電位が高くなシ、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、バンドギャップの不連続性により
、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ととが
でき、従来の感光体より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、ガスボンベ２１．２２，２３．
２４には、例えば夫々８　ｉＨ，、Ｂ、Ｈ，、Ｈ，、Ｃ
Ｈ，等の原料ガスが収容されている。これらガスボンベ
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が設置されておシ、該圧力針２５を監
視しつつバルブ２６を調整することによシ混合器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
５ＯＶｃ垂直にして固定されている。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３ｏ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３
０の軸中心と一致させて載置されておシ、このドラム基
体３４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が接続されておシ、電極３３およびドラム基
体３４間に高周波電流が供給されるようになっている。

回転軸３０はモータ３８により回転駆動される。反応容
器２９内の圧力は圧力計３１により監視され、反応容器
２９はゲートパルプ３８を介して真空デンゾ等の適宜の
排気手段に連結されている。

上記製造装置により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。

ゲートバルブ３９を開にして反応容器２９内を約０．１
Ｔｏｒｒ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１．０Ｔｏｒｒになるように設定する。次
いで、そ−夕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Ｋ、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、原料ガス中にＮ、Ｏ、ＮＨ，、Ｎｏ、　、　Ｎ、
　。

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

このようＫ、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、アルカリ処
理及びサンドブラスト処理を施した直径が８０！ｊｌ、
幅が３５０Ｕ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″″Ｉトルの真空度に排気
した。ドラム基体を２５０℃に加熱し、１０　ｒｐｍで
自転させつつ、ＳｉＨ，ガスを５　Ｑ　ＳＣＣＭ、　Ｂ
、Ｈ，カ、’、をＳｉＨ４ガスに対する流量比で５Ｘ１
０’−”、Ｈ，ガスを５００　ＳＣＣＭという流量で反
応容器内に導入し、反応容器内の圧力を１トルに調節し
た。そして、１３．５６　ＭＨｚ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Ｋｐ型のμｃ−８
ｉ：）（薄層（結晶度６５慢）を１０ＯＡ形成した。次
いで、ＳｉＨ４ガス流量を１００　ＳＣＣＭ、ＣＨ，ガ
スを３００８０ＣＭという流量で反応容器内に導入し、
反応容器内を１トルに調節した後、５００Ｗの高周波電
力を印加し、５０＾のａ−８ｉＣ：Ｈ薄層を形成した。

このような操作を繰返し、５０層のｐ型ｐｃ−ｓｔ：）
（薄層と５０層のａ−８ｉＣｘＨ薄層からまる７５００
Ａの超格子構造の障壁層を形成した。

次１ｃ％８ｉＨ４，／／スを５００８ＣＣＭ、　Ｂ、Ｈ
，カスを８ｉＨ，ガスに対する流量比が１０　となるよ
う力演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１５層ｍｏｉ型ａ
−８１：Ｈ光導電層を形成した。

最後に、０．５　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５００Ｖで正帯
電し、白色光を露光すると、この光は光導電層で吸収さ
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。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 光導電層として五型ａ−８ｉ：Ｈ層の代わシにム型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、ｌ型ｐｃ−８ｉ層
は、ＳｉＨ，ガｘをｌ　Ｑ　Ｑ　８ＣＣＭ。

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７９　Ｑ　ｎｍ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
リンタに搭載してカールソンプ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２５ｅｒｇｃＩ／ｌ
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。

試験例３ 障壁層を構成する一方の薄膜であるａ−８ｉＣ：Ｈ薄層
の代わシにａ−８ｆＮ：Ｈ薄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
、ａ−８ｉＮ：Ｈ薄層は、８ｉＨ，ガスをｌ　００８Ｃ
ＣＭ、Ｎ！ガスを５００８ＣＣＭという流量で反応容器
内に導入し、反応容器内を１．２トルに調節し、６００
Ｗの高周波電力を引加することによシ得られた。

この感光体を用いて試験例１と同様にして画像を形成し
たところ、鮮明で高品質の画像が得られた。また、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、及び耐磨耗性々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２種類に限ら
ず、３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〕

本発明によれは、障壁層に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Ｋ。

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仁とｋ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
断頁図、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 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
   配する元素を含む微結晶シリコン薄膜と炭素、酸素およ
   び窒素から選ばれた少なくとも１種の元素を含む非晶質
   シリコン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）前記非晶質シリコン薄膜は、伝導型を支配する元
   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。
3. （３）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項又は第２
   項記載の電子写真感光体。
4. （４）前記微結晶シリコン薄膜は、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。