JPH0426106B2 - - Google Patents

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JPH0426106B2
JPH0426106B2 JP58150882A JP15088283A JPH0426106B2 JP H0426106 B2 JPH0426106 B2 JP H0426106B2 JP 58150882 A JP58150882 A JP 58150882A JP 15088283 A JP15088283 A JP 15088283A JP H0426106 B2 JPH0426106 B2 JP H0426106B2
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アモルフアス半導体を用いた電子写
真用感光体に関する。
従来電子写真用感光体として、アモルフアスセ
レン、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、酸
化スズ等の無機系感光材が多く使用されている
が、これらの感光体には良好な帯電能と光導電特
性が要求される。これら無機系材料には各々長
所、短所が存在し、感光体として使いこなすため
に、種々の努力が払われているが、最近これらの
材料の欠点を克服できる材料として、アモルフア
スシリコン(a−Si:H又はa−Si:F又はa−
Si:H:F以下これらを、単にa−Si:Hと表現
する)半導体が電子写真用材料として注目されて
いる。a−Si:Hの感光波長領域は青〜赤の広い
範囲をカバーしており、a−Si:Hを薄膜とした
時の機械的強度も良好で、しかもa−Si:H自身
は、無毒であることも注目すべき特性である。し
かし、a−Si:Hにもいくつかの欠点があり、そ
の1つとしてa−Si:H薄膜の帯電能が低いこと
が上げられる。そこで現在電子写真用感光体とし
て充分な感度と帯電能を有するa−Si:Hの開発
を目的として、多くの研究が行われている。
帯電能を向上させるためには大きく分けて2つ
の方法が提案されている。その1つはa−Si:H
に不純物ドーピングを行いキヤリヤーの移動度あ
るいは寿命を減少させ、暗時の導電率(σd)を下
げることにより帯電能を上げる方法である。しか
し、この場合光により生成したキヤリヤーの走行
も同時に阻害されるため、不純物を含まないa−
Si:Hに比べ応答速度が低下することが考えられ
る。さらに不純物(特に酸素)を混入して均一な
膜を作製するには多くの技術的困難が存在する。
他の方法として、ブロツキング層をa−Si−H
層に付加し、電極からa−Si:H層へのキヤリヤ
ーの注入を防ぐ方法である。これは電極表面にn
タイプ、あるいはpタイプのブロツキング用a−
Si:H層を堆積させ、ホールあるいはエレクトロ
ンの注入を防ぐ方法である。この方法によれば、
a−Si:Hの帯電能を40V/μm程度に高めるこ
とができ、しかも、光に対する応答は充分迅速で
ある感光体が作製できるとの報告がある。また電
極界面のブロツキング層だけでなく、感光体表面
にも安定化膜(パツシベーシヨン膜)を堆積さ
せ、繰返し帯電能及び光応答性の安定化を図る技
術も公開されている。この方法はヘテロ接合を利
用し、その界面のポテンシヤルバリヤーを有効に
利用するものである。しかしながらこの方法によ
ればヘテロ接合界面の状態で感光体の特性が大き
く左右される。つまり作製時の反応条件の少しの
変化で製品感光体の帯電能や光応答性が大きく変
化するという欠点が存在する。さらにブロツキン
グ層としてSiOx,SiNx等の絶縁膜を用いる方法
も提案されておりa−Si1-xNx:H膜を用いた場
合には300Åのブロツキング層を電極表面に堆積
させることによつて、良行な帯電能と感度を有す
る感光体が得られるとの報告がある。
本発明は、上記2方法のいずれにも属さず、キ
ヤリヤーの移動度、寿命を犠性にすることなく、
しかもヘテロ接合を作ることなしに、帯電能を向
上させ、良好な光応答特性を有する電子写真用感
光体の提供を目的とするものである。つまり、キ
ヤリヤーの移動度、あるいは寿命の低下をきたす
ような不純物の混入を最小限におさえキヤリヤー
の走行を促し、しかも薄膜の厚み方向のバンド構
造を次第に変化させることにより帯電能を高める
ものである。本発明における感光体の構造にはP
−n,P−i−n,n−P接合等の接合界面がな
いため、接合部でのデイフエクトの増加がなく、
従つてデイフエクトによるキヤリヤーのトラツプ
あるいは再結合が低減でき、このことが光電変換
利得の高まる1つの理由ではないかと考えてい
る。本発明によれば、たとえばn型a−Si:H
層、p型a−Si:H層等のブロツキング構造を電
極上に特に付加することなく、自然にブロツキン
グがとれ、キヤリヤーの走行の著しい阻害のない
光導電性薄膜の作製が可能である。
本発明における感光体の構造は、絶縁膜をブロ
ツキング層としてもつMIS型構造に類似している
ように見えるが、MIS型構造と大きく異なる点
は、絶縁層と半導体との界面がなく、従つて界面
で起こるキヤリヤーのトラツプあるいは再結合が
低減できることである。
これに対しMIS型構造をもつ光導電材料の特性
は、絶縁層の特性により大きく左右される。つま
り、絶縁層の厚みが厚い場合、キヤリヤーは絶縁
層を通過することができず光電利得が著しく低下
し、絶縁層が薄い場合、膜の均一度、ピンホール
の有無、キヤリヤの寿命や移動度等により全体特
性が左右される。特にピンホールのない均質な薄
い絶縁膜、たとえば数百Åの絶縁膜を作るには、
相当きびしい作製条件のコントロールが必要であ
る。また先に述べた絶縁層と半導体層の界面での
キヤリヤーのトラツプや再結合を抑止するために
は、半導体層のフエルミレベルをコントロールし
てキヤリヤの走行を促すことも考えられるが、
MIS型ヘテロ接合界面には2層の構成元素の相異
により界面準位の生成する可能性があり、これは
フエルミレベルをコントロールするだけでは回避
することができないものである。
本発明においては、金層電極との界面には、バ
ンドギヤツプの広いアモルフアス半導体ができる
ような元素比になされた原料からの反応により堆
積を開始し、その後半導体の構成元素比を次第に
変化させることによつて、徐々にバンドギヤツプ
を狭めている。この方法によつて、MIS型構造で
見られるような、絶縁層と半導体層間の界面は完
全に消失し、従つて界面付近のフエルミレベルを
コントロールすることなしに、キヤリヤの走行
を、スムーズに行わせることも可能となる。この
ようにすることによつて、電子写真用感光体とし
て充分良好な電気的、機械的特性をもつ感光体の
作製ができる。
阪大の太和田、浜川らは、メタンとシランのグ
ロー放電法によつて、価電子制御の可能なa−
Si1-xCx:H膜を作製し、太陽電池の窓層として
応用した。メタンーシラン系から作製されるa−
Si1-xCx:H膜は、高抵抗でしかも光導電性の良
好な特性を持つことも知られている。このa−
Si1-xCx:Hはカーボン含量を変化させることに
よつて、Eopを2.8〜1.6evと大巾に変化させるこ
とができるが、Eopの大きいa−Si1-xCx:Hは
暗時の抵抗が高く、良好な絶縁特性を示し、カー
ボン含量の少ないものは青色〜赤色の広い範囲で
光吸収を行い良好な光導電性を示すことが知られ
ている。このような特性を持つa−Si1-xCx:H
を電子写真用材料として応用する場合に問題とな
るのは、帯電能と光電変換利得の両特性が共に良
好な値、つまり帯電能25〜50V/μm、光電利得
0.1〜1.0程度の値を示すことができるか否かであ
る。a−Si1-xCx:Hは、カーボン含量が少ない
場合、前述のように、可視光をよく吸収し、光導
電性が大きい材料であるが、光導電性が良好でも
帯電能の小さい材料では電子写真用感光体として
は不適当である。本発明は、a−Si1-xCx:Hの
良好な光導電特性を保持しつつ表面帯電能の改良
を図ることができる。つまりEopが大となるよう
な元素比の原料(X=0.2以上)からの反応によ
り堆積を開始すると、カーボン含量の多い半導体
が下地電極との界面近傍に生成する。以後このカ
ーボン含量を、原料ガスの組成を次第に減少して
ゆくことにより減少させ、中央付近ではa−
Si1-xCx:Hのカーボン含量が10atm・%以下、
好ましくは、3〜0.0005atm%になるようにコン
トロールする。次いで中央部分から表面側へは逆
にカーボン含量の少ないものから徐々にカーボン
含量を増加してゆき表面では、下地電極との界面
近傍と同様にEopが大で高抵抗となるようなa−
Si1-xCx:Hの元素構成となるようにする。上述
のカーボン含量のコントロールは必ずしも膜厚方
向に対してリニアーに増減させる必要はなく、希
望する感光体特性に合致するようにコントロール
することができる。しかし、ここで注意すべきこ
とは、Siに対するC及びH含量の急激な変化は避
けることである。これは感光体の光電変換利得が
低下するからという意味だけではなく、膜作製時
の特性バラツキを低減するうえからも重要であ
る。つまり構成元素の急激な変化は必ずしも光電
変換利得を低下せしめるとは限らないが、界面が
できるようであれば、界面準位の増加の可能性が
あるということである。本発明は、通常のブロツ
キング構造(p−i、n−i接合あるいはMIS構
造)とは異なる構造をとることによつて高い光電
変換利得を得、膜作製時の特性バラツキが少ない
感光体を得ることができるようになつたものであ
る。
なお一般に、a−Si1-xXx:H(X=Cまたは
NまたはO)は、xの値によつてフエルミレベル
が伝導体側あるいは価電子帯側へシフトすること
が知られている。このようなシフトは電子写真用
感光体として、好都合な場合とそうでない場合と
がある。好ましくない側へフエルミレベルがシフ
トした場合は、通常のp,n制御と同様にBある
いはPをドープすることにより望ましい位置へフ
エルミレベルをもつてゆくことが可能であること
は言うまでもない。
以下、実施例により、より詳細な説明を行う。
<実施例> SiH4,CH4,H2(いずれも市販最高純度品)を
原料ガスとして用い容量結合型グロー放電CVD
装置によりa−Si1-xCx:H薄膜を作製した。基
板としてはアルミニウムフオイル及びオツクスホ
ードガラス上に、半透明なアルミニウム電極を蒸
着法で堆積させたものを用いた。反応条件はグロ
ー放電開始時のガス組成がCH4/SiH4=50/50、
CH4ガス流量100ml/Min、SiH4ガス流量100
ml/Min反応容器容積約10でH2をキヤリヤー
として流し全圧が1Torrになるように調節した。
RFグローは、13.56MHz、電力約60W、基板温度
は約250℃であつた。グロー放電開始直後から
CH4/SiH4比を減少してゆき、約40分後に
CH4/SiH4=10/90とした。なおCH4/SiH4
フロー比は(CH4ガス流入量)+(SiH4ガス流入
量)=200ml/Minの条件下で、CH4を(2.0ml/
Min)/Minの割合で減少させSiH4を(2.0ml/
Min)/Minの割合で増加させた。グロー放電開
始後40分後CH4/SiH4比を10/90に固定したま
ま約4時間グロー放電を持続させた。その後40分
かけてCH4/SiH4比を50/50まで増加させた。
CH4/SiH4フロー比の変化は(CH4ガス流入量)
+(SiH4ガス流入量)=200ml/Minの条件下で
(CH4)ガス流入量を(2.0ml/Min)/Minの割
合で増加していつた。得られた膜の厚さは約
4.4μmであつた。このようにして作製したa−
Si1-xCx:H薄膜の光導電特性を静電ペーパーア
ナライザー(川口電機社製)のスタテイツクモー
ドで測定した。光源はモノクロメーターで単色化
した光を用いた。6KV負帯電時の光減衰カーブ
(PIDカーブ)及び光電変換利得のグラフによる
と、初期光電利得が、450nm〜650nmの広い範囲
の光について0.5〜0.7と良好な光電変換特性を示
し、帯電能も40〜50V/μmあり電子写真感光体
として充分応用可能なa−Si:H膜が作製でき
た。
<参照例> 実施例と同じ作製装置を用い基板温度250℃
CH4/SiH4=50/50(SiH4)ガス流入量100ml/
Min(CH4)ガス流入量100ml/MinとしH2をキヤ
リヤーガスとして全圧を1Torrに保ちながら、
13.56MHzのRFグロー放電を開始した。投入RF
電力は60Wであつた。基板としてはアルミフオイ
ル及び金属アルミニウムを半透明に蒸着したオツ
クスフオードガラス及び電極をつけないオツクス
フオードガラスを使用した。CH4/SiH4フロー
比を固定したまま5時間グロー放電を行い厚み約
4.0μmの薄膜を得た。定常電流測定法により、こ
のサンプルの暗導電率、光導電率、キヤリヤーの
活性化エネルギーを調べたところ、暗導電率σd
10-16Ω-1cm-1,光導電率σp=3×10-10Ω-1cm-1
キヤリヤーの活性化エネルギー△E=1.07evであ
つた。暗導電率と光導電率の差は6ケタあり、良
好な光導電特性と言えた。しかしこの薄膜の帯電
能及び光減衰特性を静電ペーパーアナライザー
(川口電機社製)で調べたところ、帯電能は−
6KV印加時45V/μmと良好な値を示すが、初期
光電利得が0.01と極めて低く上記実施例の約1/50
程度であつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 感光層であるアモルフアス半導体薄膜が、水
    素及び/又は沸素を含有しa−Si1-xCx:Hある
    いはa−Si1-xCx:Fあるいはa−Si1-xCx:H:
    F(0≦x≦1)と表わされ、膜表面から膜中央
    部にかけてxの値が急激な変化をすることなく次
    第に減少し、中央部のカーボン含量が3〜
    0.0005atm%となり、中央部から下地電極にかけ
    てxの値が急激な変化をすることなく次第に増大
    するようにして、実質的にブロツキング層として
    機能する層部分の形成を阻止していることを特徴
    とする電子写真用感光体。 2 前記膜表面におけるxが0.2以上であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子写
    真用感光体。 3 前記下地電極との界面付近におけるxが0.2
    以上であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項または第2項記載の電子写真用感光体。 4 前記アモルフアス半導体薄膜は、その基板が
    可撓性の金属箔あるいは適宜の導電性材料を蒸着
    した高分子フイルムである事を特徴とする特許請
    求の範囲第1乃至第3項記載の電子写真用感光
    体。
JP58150882A 1983-08-16 1983-08-16 電子写真用感光体 Granted JPS6041046A (ja)

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CA000461106A CA1262068A (en) 1983-08-16 1984-08-15 Photoreceptor for electrophotography
DE8484109774T DE3476473D1 (en) 1983-08-16 1984-08-16 Photoreceptor for electrophotography
EP84109774A EP0139961B1 (en) 1983-08-16 1984-08-16 Photoreceptor for electrophotography
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