JPS63241558A - 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） 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区間する。

〔従来の技術〕

水素■を含有するアモルファスシリコン（以下、ａ−８
ｉ；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　、Ｚｎ０．８ｅ、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（ＰＶＣＺ
）若しくｕ）　ＩＪニトロンフルオレノン（ＴＮＦ）等
の有機材料が使用されていた。しかしながら、ａ−ｓｔ
：）ｌ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
耐磨耗性及び耐衛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ゐが、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’を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によシ、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、残留電位が高くなってしまう。一
方、膜厚が薄いと現償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、かかる事情に鑑みてなされたものであつて、
帯電能が優れておル、残留電位が低く、近赤外領域まで
の広す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、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Ｋ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において、
前記障壁層は、伝導型を支配する原子を含む非晶質シリ
コン薄膜と微結晶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３０〜５００Ａ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
格子構造の一方の非晶質シリコン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原子チ、より好ましくは１０〜１０　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、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相によシ形成されている
ものと考えられ、以下のよう々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
ｂ−８ｉの暗抵抗は１０　Ω・備以上に調整することが
でき、暗抵抗が１０’　Ｏ−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の上には表面層４が形成されている。

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薄膜とａ−８ｉ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（Ｄ
　（ｐｃ−８ｉ　：Ｈ，ａ−８ｉ　：Ｈ）とすることが
できる。

上記障壁層２は、導電性支持体１と光導電層３との間の
電荷の流れを抑制することにより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を構
成する薄膜のうち少なくとも非晶質シリコン薄膜を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から注入されるキャリアは光の入射で光導電層３
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Ｋしてキャリアの注入を防止するととは感度の向
上をもたらす。なお、ａ−８ｉｆ、ｐ型にするためＫは
、周期律表の第ｍ族に属する元素、例えば硼素Ｂ、アル
ミニウム人！、ガリウムＧａ、インジウムＩｎ、及びタ
リウムＴｊ等をドーピングすることが好ましい。また、
ａ−８ｉをｎ型にするためには周期律表のＰＪｖ族に属
する元素、例えば窒素、燐Ｐ、ａ素Ａｓ、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。

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。

障壁層２および光電層３を構成するＰａ−８ｌ：Ｈおよ
びμｃ−８ｉ：Ｈにおける水素の含有量は、０．０１〜
３０原子憾が好ましく、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
たものとなシ、光導電特性が向上する。

ａ−８ｉ：Ｈをグロー放電分解法により成膜するには、
原料として８ｉＨ，及び８１．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、ＳｉＦ４ガス及び８ｉ
ｃｅ、ガス等の７１０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７１０ゲン
化ケイ素ガスとの混合ガスで反応させても、同様にＨ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つてもこれ等の薄層を形成すること
ができる。

ｐｃ−８ｌｊ−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の場合よルも高く設定すると、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り、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８ｉＨ４及び８
ｉ、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−８ｉ：Ｈを一層高効率で形
成することができる。

光導電層３の上に表面層４が設けられている。

光導電ｆｆｊ３を構成するａ−Ｓｔ：）（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Ｋよシ、光
導電層３が損傷から保護される。さらＫ、表面層を形成
することによシ。

帯電能が向上し、表面に電荷がよくのるようになる０表
面層を形成する材料としては、ａ−８ｌ：Ｈｌａ−８ｉ
：Ｈｌ及びａ−ｓｔｃ：）（等の無機化合物並びにポリ
塩化ビニル及び？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５ｏｏｖの正電圧で帯電させた状態で光（
ｈν）が入射すると、光導電ＷＩ３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
の電界により表面石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。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−農の場合に比し
て、キャリアの寿命が５乃至１０倍と長い。また、超格
子構造だおいては、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・ぐルクにおける移動度と同等であり、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２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Ｓ　ｉＨ，、Ｂ、Ｈ，、ＣＨ，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、流量調整用のパルプ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）、該圧力計２５を監視しつ
つノ々ルプ２６を調整することによシ混白画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３１には、回転軸３０が鉛直方向の
回シ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３０に垂直
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３
４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
接続されており、？ｌ！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３
０はモータ３８によ）回転駆動される。反応容器２９内
の圧力は圧力計３７によシ監視され、反応容器２９はゲ
ートバルブ３８を介して真空ポンプ等の適宜の排気手段
に連続されている。

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
１．０　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によりドラム基体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。こればより、ドラム基体３４上１１ｉｐｃ−８ｉ
：Ｈやａ−８ｉ：Ｈが堆積する。

なお、原料ガス中にＮ、Ｏ、ＮＨ，、Ｎｏ、　、　Ｎ２
゜ＣＨ，、Ｃ！Ｈ４，Ｏ，ガス等を使用することＫよシ
、Ｃ，０，Ｎをｐ　ｃ−８ｌ　：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、アルカリ処
理及びサンドブラスト処理を施した直径が８０１１幅が
３５０鶴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１０−６トルの真空度に排気した。

ドラム基体を２５０℃に加熱し、ｌ　Ｑ　ｒｐｍで自転
させつつ、８　ｉＨ，ガスを５ＱＱ８ＣＣＭ％Ｈ！ガス
を３００ＳＣＣＭ。

Ｂ、Ｈ，ガスを５ｔＨ４ガスに対する流量比でＩ　Ｑ”
−’という流量で導入し、反応容器内の圧力をｌ　Ｔｏ
ｒｒとして、３５０Ｗの高周波電力を印加し、５０＾の
ｐ型ａ−８ｉ：Ｈ薄膜を形成した０次いで、ＳｉＨ４ガ
スを５０ＳＣＣＭ、Ｈ，ガスを６００８ＣＣＭとして、
ｓｏｏｗの高周波電力を印加し、１００Ａのμｃ−８ｉ
：Ｈ薄膜を形成した。このような操作を繰返して１５０
０λの超格子構造の障壁層を形成した。

次に、ＳｉＨ，ガスを５００　ＳＣＣＭ、　Ｈ！７ＬＸ
を３０　ｏ　８ＣＣＭ、Ｂ、Ｈ，ガス’に８　ｉＨ，ｉ
、ｘ、に対する流量比で１０　という流量で反応室内に
導入し、３５０Ｗの高周波電力を印加して、３０μｍの
ａ−８ｉ：Ｈからなる光導７！Ｉｔ／ｉｌを形成した。

最後に、０．１μｍのａ−８１からなる表面胎を形成し
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′Ｎ、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ζろ、転写画像の再現性
及び安定性は橿めて良好でちゃ、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 障壁層を構成する一方の薄膜である１００人のμｃ−８
ｉＨＨ薄膜の代わりに１００ＡのμＣ−８ｉＣ：Ｈ薄膜
を形成したことを除き、試験例１と同様の方法で電子写
真感光体を製造した。即ち。

μｃ−８ｉＣ：Ｈ薄膜は、８ｉＨ４ガスを２０ＳＣＣＭ
。

Ｈ，ガスを６００　ＳＣＣＭ、ＣＨ４ガスを２８ＣＣＭ
の流量で反応容器内に導入し、ＩＫＷＯ高周波電力を印
加することにより形成された。

試験例３ ＣＨ４ガスの代わりにＮ、ガスを５ＳＣＣＭ流してμｃ
−８ｉＮ７ｉ′を膜を形成したことを除き、試験例２と
同様の方法で電子写真感光体を製造した。

試験例４ Ｂ、Ｈ，ガスの代わりにＰＨ３ガスを、８ｉＨ。

ガスに対する流量比で５Ｘ１０　　という流量で流して
、Ｎ型ａ−８ｉ薄膜を形成したことを除き、試験例１と
同様の方法で電子写真感光体を製造した。

以上、試験例２〜４で製造された感光体を用いて、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、これら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２種類に限ら
ず、３種類以上の薄層を積）−シても良く、要するに、
光学的バンドキャッグが相違する薄ＪΔ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。 出願人代理人　弁理士　　鈴　　江　　武　　彦ｓ　１
！ 第　２因

Claims (7)

【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
   配する原子を含む非晶質シリコン薄膜と微結晶シリコン
   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３０〜５００Å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）前記障壁層は、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又は２項記載の電子写真感光体。
4. （４）前記光導電層は、非晶質材料および／または少な
   くとも一部が微結晶化した半導体材料からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜３項のうちのいずれか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１〜４項のうちのい
   ずれか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１〜５項のうちいずれか１項記載の電子写真感光体。
7. （７）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１〜６項のうちのいずれか１項記
   載の電子写真感光体。