JPS61177466A - 光導電部材 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光（この明細書において、光とは、紫外領域
からγ線領域にわたる電磁波をいう。）に感応性のある
光導電部材に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

固体撮像素子、電子写真感光体等における光導電性層を
構成する光導電性材料は、その使用上の目的から暗所で
の比抵抗が高く（通常１００α以上で）、かつ光照射に
より比抵抗が小さくなる性質をもつものでなくてはなら
ない。

ここで、電子写真を例にとって、その原理および感光体
として必要な条件を簡単に説明する。電子写真は感光体
表面にコロナ放電により電荷をふらせ帯電させる。次に
、感光体に照射すると電子と正孔の対ができ、そのどち
らか一方により表面の電荷が中和される。たとえば正に
帯電させた場合、光照射により生じた対のうち電子によ
って中和される。したがって、光照射により感光体表面
に静電化の潜像が形成される。そして、この潜像の可視
化は、感光体表面の電荷と逆極性に帯電したトナーと呼
ばれる黒粉体を感光体表面にクーロン力によって吸引さ
せることによりなされる。このとき、感光体表面に電荷
がなくとも、トナーの電荷でトナーが感光体に引付けら
れることを避けるため、感光体と現像器との間に電荷に
よる電場と逆方向の電場が生じるように現像器の電位を
高くするという処置がなされている。これを、以下現像
バイアスという。以上が原理であるが、次に、感光体と
して必要な条件を述べると、第１にコロナ放電により帯
電した電荷が光照射まで保持されること、第２に光照射
により生成した電子と正孔の対が再結合することなく、
一方が表面の電荷を中和し、ざらにもう一方は、感光層
の支持体まで短時間に到達すること等が上げられる。

従来、光導電部材における光導電性層の形成に使用され
るものとして非晶質カルコゲナイド系材料がある。非晶
質カルコゲナイド系材料は、大面積化を容易に達成する
ことのできる優れた光導電材料であるが、光吸収領域端
が可視領域から紫外領域に近いところまであるので、実
用上、可視領域における光感度が低く、また、硬度が低
いので電子写真感光体に応用しても寿命が短い等の問題
点を有する。

上記問題点を解消する光導電性材料として、近年、アモ
ルファスシリコンが注目されている。アモルファスシリ
コンは、光吸収波長領域が広くて全整色（ｐａｎｃｈｒ
ｏｍａｔｔｃ）であり、光感度も高い。

また、アモルファスシリコンは硬度も高く、電子写真感
光体に応用した場合、従来のものに比べて１０倍以上の
寿命を有するとされている。さらに、アモルファスシリ
コンは、人体に無害であり、単結晶シリコンと比較する
と、安価で容易に大面積化を図ることができる等の多く
の利点を有する。

しかしながら、アモルファスシリコンは、暗所での比抵
抗（以下、単に暗抵抗ということもある。

）が、１０８〜１０ＩＯΩ１程度の低さであるから、静
電潜像を形成する電子写真感光体にあっては、その表面
に帯電した電荷を保持することができない。もっとも、
電子写真感光体においては、アモルファスシリコン感光
体と支持体との間に、非晶質酸化シリコンや非晶質炭化
シリコンは非晶質シリコ、ン等の比抵抗の高い層を介在
させることにより、支持体からのキャリアの注入を防止
することが試みられてはいる。しかし、この試みにより
、比抵抗の高いアモルファスシリコン層の厚みを大きく
すると、その上にあるアモルファスシリコン層から支持
体へのキャリアの透過を阻止することとなるので、結果
として残留電位が生じてしまう。

また、比抵抗の高いアモルファスシリコン層の厚みを小
さくすると、十分な電位保持能を持たせることができな
くなってしまい、また、現像バイアスによる絶縁破壊が
起こる。

一方、導電性支持体と光導電性層との間にｎ型あるいは
ｎ型の導電性をもつ半導体膜を設ける方法もある。通常
はＢあるいはＰを多量にドーピングした非晶質を用いる
。このような層を電荷注入防止層と呼ぶ。電荷注入防止
層はＢあるいはＰを多くドーピングすることにより向上
するのであるが、そのような躾は膜内部の歪みが大きく
、その゛　上に歪みの興なる躾を積層すると、膜がはが
れるという不興合点を持つている。また、非晶質シリコ
ンの光吸収は広い波長域に亘って起り、吸収端付近でも
徐々に吸収が減るという様相を示す。すなわち、７００
ｎ−から８０００■の波長域では吸収は減るもののゼロ
にはならず、僅かながら吸収する。

したがって、このような材料で光導電性層を作る場合、
電子写真感光体のように光導電性層の膜厚が厚い場合に
は、長波長光を光導電性層の支持体に近いところでも吸
収する。また、非晶質シリコンは、電子、正孔ともにそ
の易動度はあまり高くないので、露光により感光体の表
面より遠い所で発生したキャリアは残りやすい。さらに
、電子写真装置には一枚の画像を出した後、感光体表面
に残る電荷を消去する除雪と呼ばれるプロセスがあるが
、これを露光で行なう場合には、上記理由により、残留
した膜中のキャリアが次の画像を得るために行なう感光
体表面の帯電による表面電荷を中和してしまう。したが
って、露光直後の帯電能は暗中に放置した後の帯電能よ
り大幅に低下するという不具合点が生じている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、その目
的とするところは、膜はがれがなく、帯電能ならびに電
位保持能に優れ、帯電直前の露光による帯電能の減少が
少ない光導電部材を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は、上記目的を達成するために、導電性支持体上
に、ＢヤＰを多量にドーピングしても歪みの少ない非晶
質窒化シリコ、ンよりなる電荷注入防止層を積層し、そ
の上に、非晶質シリコンよりも光学的バンドギャップの
広い光導電性非晶質窒化シリコンからなる第１の光導電
性層を積層し、その上に、膜厚が０．１μｍａ上５μｍ
以下の範囲の非晶質シリコンからなる第２の光導電性層
したことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する
。

図中、１はたとえば平板状やドラム状の導電性支持体（
たとえばアルミニウム製ドラム）であり、この導電性支
持体１上には、周期律表ｍａ族元素かＶａ族元素のいず
れか一方をＩ　Ｘ　１０　’　ａｔｏｍｉｃ％以上１　
、□ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲で含む非晶質窒化シリコ
ンからなる電荷注入防止層２が積層されている。

また、この電荷注入防止層２上には、周期律表１１１ａ
族元素かＶａ族元素のいずれか一方を１ｘ　１Ｑ　　ａ
ｔｏｍｉｃ％以上Ｉ　Ｘ　１０　’　ａｔｏｇｉｉｃ％
以下の範囲で含む非晶質窒化シリコンからなる第１の光
導電性層３が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲の膜厚で積
層されている。この第１の光導電性層３は、膜厚が５μ
ｍでも良いが、表面を帯電して用いる場合には、どの程
度の表面電位を得るかによって膜厚を変える必要がある
。

また、この第１の光導電性層３上には、周期律表ＩＩＩ
ａ族元素かｖａ族元素のいずれか一方をＩ　Ｘ　１０　
　ａｔｏｍｉｃ％以上Ｉ　Ｘ　１０　’　ａｔｏｍｉｃ
％以下の範囲で含む非晶質シリコンからなる第２の光導
電性層４が０．１μｍ以上５μｍ以下の範囲の膜厚で積
層されている。ここで、非晶質シリコンは、広い波長域
に亘って吸収係数が高く、この程度の膜厚で十分な光感
度が得られるものである。

なお、この第２の光導電性層４上には、化学的安定性の
向上のために、比抵抗が１０　Ωα以上の表面被覆層５
を０．０５μＴｒＬ以上５μｍ以下の範囲の膜厚で積層
することが望ましい。この材料は、Ｓ　ｉ　０２　、　
Ｓ　ｉ　Ｎ、　Ｓ　ｉ　Ｃ等ｆ）光学的ｔ＜ントギャッ
プの広いものが良く、電子の易動度を高くするために、
周期律表１１１ａ族元素のドーピングも好ましい。

また、第１と第２の光導電性層３．４は、表面に近い方
の第２の光導電性層４に光学的バンドギャップの小ざい
材料を用いると、光吸収はこの層において主に起り、膜
厚を５μｍ程度にしておくと、露光により発生したキャ
リアが残ることになるので、帯電直前の露光による帯電
能の減少は少なくなる。

また、電荷注入防止層２側の第１の光導電性層３は、光
学的バンドギャップが１．７８Ｖから２、ＯｅＶ程度の
非晶質窒化シリコンが好ましく、ＢあるいはＰを少量ド
ーピングすると正孔の易動度が高くなるのでさらに好ま
しい。

次に、成膜方法を説明する。

先ず、導電性支持体１を真空反応容器に入れ、容器内を
メカニカルブースターポンプと油圧回転ポンプによりｉ
ｏ”Ｔｏｒｒ程度の真空にし、支持体１を１００〜４０
０℃の温度に保持する。ついで、容器内に９ｉ原子を含
むガス、たとえばＳｉＨ＋　、５ｉ２Ｈｓ　、ＳｉＦ＋
等の原料ガスを導入する。また、非晶質窒化シリコンを
成膜するには、これらの原料ガスにＮ２　、ＮＨｓ等の
Ｎを含むガスをを混合する。なお、この混合比を変える
ことにより光学的バンドギャップを変えることができる
。さらに、周期律表ＩＩＩａ族元素あるいはＶａ族元素
のドーピングは、８２　Ｈ６、ＢＦｇあるいはＰＨ３、
ＰＦｓ等のガスを混合することで達成される。

以上のようなガスを各層の組成に合せて反応容器内に導
入し、０．１〜３Ｔｏｒｒ程度の圧力になるように排気
速度を調節する。

ついで、支持体１の周辺にプラズマが起こるように設置
した電極間に高周波電力を投入すると支持体１上に成膜
される。

次に、このようにして成膜した光導電部材の実施例につ
いて説明する。

電荷注入防止層２は、Ｂを１　Ｘ　１０　”　ａｔｏｌ
ｉｃ％ドーピングした非晶質窒化シリコンを用い、０．
５μｍ程度積層した。この層はＢを多くドー″　ピング
しており、比抵抗が低く、光学的バンドギャップも１．
７０ｅＶ程度である。

また、第１の光導電性層３は、Ｂを１Ｘ１ｌＸ１０４ａ
ｔｏ％ドーピングした非晶質窒化シリコンを２５μｍ程
度積層した。この層は少量のＢドープにより、真性領域
に近く、比抵抗も１０ｕ　Ωα以上と高く、光学的バン
ドギャップも１．７５ｅＶ程度で、第２の光導電性層４
のそれよりも広い。

また、第２の光導電性層４は、非晶質シリコンを５μ瓦
程度積層した。この層はドーピングしなくとも良いが、
ＢをＩ　Ｘ　１０　’　ａｔｏｍｉｃ％程度ドーピング
すると正孔の易動度が大きくなり、より好ましい。また
、この層は、１．５５ｅＶ程度の光学的バンドギャップ
をもっており、広い波長域に亘って光を吸収する。

さらに、表面被覆層５は、光学的バンドギャップが２．
２ｅＶ、比抵抗が１００α程度の非晶質炭化シリコンを
１μ瓦積層した。この層は０．１μｍ程度でも良いが、
５μｍ以下であれば厚くとも多少の残留電位が増えるだ
けで、それ以上の暗中での帯電能の向上が見られる上、
化学的にも安定になるので好ましい。また、Ｂの１　ｘ
　１０　　ａｔｏｍｉｃ％程度のドーピングにより、電
子の易動度が高くなるので、ドーピングすることも有効
である。また、この層は非晶質窒化シリコンでも良い。

次に、このようにして作製した光導電部材を電子写真感
光体として使用したところ、コロナチャージャから感光
体への流入電流が０．４μｃ／ｃｉという条件で７００
Ｖ以上の表面電位が得られ、帯電後１５秒後の電位保持
率が８０％と良好な静電特性を備えていることが確認さ
れた。また、電荷注入防止層２をＢｆ）Ｐを多量にドー
ピングしても歪みの少ない非晶質窒化シリコンより形成
したことより、膜はがれが生じないことが確認された。

なお、上記光導電部材は、正帯電用電子写真感光体に適
用するためのものであるが、上記ドーパントＢ（はう素
）をＰ（りん）に変えると負帯電用電子写真感光体に適
用することができる。すなわち、成膜時に混合するガス
が８２８ｓであったものをＰＨ３にすれば良く、他の条
件は上記と同じである。このようにして作製した光導電
部材は、コロナチャージャへの印加電圧の極性を変える
以外は上記と同じ条件で帯電能および電位ともに上記同
様価れていた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、膜はがれがなく、
帯電能ならびに電位保持能に優れ、帯電直前の露光によ
る帯電能の減少が少ない等の優れ゛　た効果を賽する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す構成図である。 １・・・導電性支持体、２・・・電荷注入防止層、３・
・・第１の光導電性層、４・・・第２の光導電性層、５
・・・表面被覆層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電性支持体上に電荷注入防止層と光導電性層と
   を積層した光導電部材において、上記電荷注入防止層は
   、周期律表IIIａ族元素かＶａ族元素のいずれか一方を
   １×１０＾−＾４ａｔｏｍｉｃ％以上１．０ａｔｏｍｉ
   ｃ％以下の範囲で含む非晶質窒化シリコンからなり、上
   記光導電性層は、周期律表IIIａ族元素かＶａ族元素の
   いずれか一方を１×１０＾−＾８ａｔｏｍｉｃ％以上１
   ×１０＾−＾４ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲で含み、膜厚
   が５μｍ以上４０μｍ以下の範囲の非晶質窒化シリコン
   からなる第１の光導電性層と、周期律表IIIａ族元素か
   Ｖａ族元素のいずれか一方を １×１０＾−＾８ａｔｏｍｉｃ％以上１×１０＾−＾４
   ａｔｏｍｉｃ％以下の範囲で含み、膜厚が０．１μｍ以
   上５μｍ以下の範囲の非晶質シリコンからなる第２の光
   導電性層とをこの順に積層して構成したことを特徴とす
   る光導電部材。
2. （２）光導電性層は、膜厚が０．０５μｍ以上５μｍ以
   下の範囲で比抵抗が１０＾１＾３Ωｃｍ以上の表面被覆
   層で被覆したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の光導電部材。