JPS61233751A - 電子写真用感光層 - Google Patents

電子写真用感光層

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JPS61233751A
JPS61233751A JP60198020A JP19802085A JPS61233751A JP S61233751 A JPS61233751 A JP S61233751A JP 60198020 A JP60198020 A JP 60198020A JP 19802085 A JP19802085 A JP 19802085A JP S61233751 A JPS61233751 A JP S61233751A
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layer
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Shinichiro Ishihara
伸一郎 石原
Koshiro Mori
森 幸四郎
Tsuneo Tanaka
恒雄 田中
Seiichi Nagata
清一 永田
Shoichi Fukai
正一 深井
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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】 、本発明は第1の層として非晶質シリコン層を、第2の
層として炭素又はシリコンを主成分元素とする非晶質半
導体(以下、a  S 11  x Cx * O<X
≦1と記す。)を用い、第1と第2の層とのヘテロ接合
を含む電子写真用感光層に関する。
従来高い光導電性を有し且つ高い暗抵抗をもつため、長
時間の電荷保持能を有し更に高電界を印加し得る物質と
してS e 、CdS等が知られている。
しかし、これらの物質は有毒で公害物質に属し、これに
代わる無公害材料を用いた電子写真用感光層が強く望ま
れている。
近年無公害性の材料とし゛て、非晶質シリコン(a−8
tと記す。)が強い光導電性を有するものとして注目さ
れているが、この材料の室温暗比抵抗は高々1013Ω
・α程度であり、電流、電圧特性の降伏電界が低く、高
電圧・高電界を印加することができず、且つ暗電流が大
きく、電荷の長時間保持能も小さいとゆう欠点があった
。。
近年a−Si1 、C!の製法や存在はPh11゜Ma
g、、Pl、Vol、35(197B)等に開示されて
おり、炭素濃度Iを増加させれば、ある濃度まではエネ
ルギーギャップ(Eq)が増加し、同時に室温暗比抵抗
も増加することが開示されているが、この材料が光導電
性をもつ事を検討した報告は見当たらない。
本発明はこのa  S il  、 Cxの特性を詳細
に検討した結果、炭素を含有するこの材料が高い室温暗
比抵抗を有し、優れた光導電性をもち、且つこの材料に
注入された電荷を輸送し得る機能をもつ事を発見したこ
とにもとすくものである。更に第1の非晶質シリコン層
と第2の炭素又はシリコンを主成分元素とする非晶質半
導体層a  S i 1xC工、0くI≦1とのヘテロ
接合を形成することにより、第1の層の広い感光波長域
特性と第2の層の高い耐電圧性を兼ねそなえた良好な電
子写真用感光層を得たものである。
本発明の目的は可視域の光に対し高い光導電性を有し、
高耐電圧性で暗電流が小さく且つ無公害性の材料を用い
た電子写真用感光層を提供することにある。
本発明の他の目的は機械的強度に富み、対刷性に優れた
電子写真感光層を提供することにある。
本発明の更に他の目的は感光波長領域を選定でき、製作
の容易な電子写真感光層を提供することにある。
上記した本発明の目的は第1の非晶質シリコン層と第2
の炭素又はシリコンを主成分元素とする非晶質半導体層
(a−3i 1−zC!、o<x≦1)とのヘテロ接合
を形成することにより達成されるものである。
以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する0 第1図は本発明にもとづく電子写真用感光層の光導電機
能確認用半導体素子の基本構成の一例を示す図である。
1は導電性基板、2はa−3i層はa−8i1−IC,
層であシ、両者は組成が異なシ、両者の界面で異種接合
を有す。4は透明電導膜でPt 、Au、In2O,S
nO2等が用いられ得る。5゜6は素子を外部電気回路
へ接続するための電極である。7は電源、8は負荷抵抗
であシ、素子の光導電性を用いる場合には図の電源7に
接続する。
11は入射光である。
層2・3は可視域の照射光に感応して容易に光励起電荷
担体を生成する第1の層2と、Xの大きい組成に選定さ
れ、第1の層2で、生成された電荷担体が注入され、こ
れを輸送するエネルギーギャップ(Ecr)の相対的に
大きい高暗抵抗性・透光性の第2の層3とで構成される
。可視の広い波長域に対する光感応機能を第1の層2に
もたせ、耐高電界・高電圧性及び注入電荷輸送の機能を
第2の層3にもたせた異種接合を形成したことにょシ、
高感度・高耐電圧性を有する光導電性半導体素子を構成
するようにしたものである。なお第1図の層2・3はい
ずれが第1の層あるいは第2の層であってもかまわない
。
本発明の半導体素子は前述したように、外部印加電圧に
対し高い耐電圧性を有し、かつ高い光感度を有する光導
電素子として設計する場合には、第1の層(a−8t)
に対し第2の層(a  Si1゜Cx(0くxく1)〕
の組成を大きく変化させ、かつ高抵抗のものを用いるよ
うに設計すれば良い。
本発明の半導体素子は例えば以下のようにして製造する
ことができる。基板としては表面が平滑で光導電体層を
堆積する温度例えば1600〜400’Cに耐え得るも
のであれば良く、結晶性・非結晶性を問わない。例えば
St単結晶等の半導体、ステンレス・アルミニューム等
の金属二石英ガラスやセラミックスあるいは上記温度に
耐え得るプラスチックフィルム等の絶縁体の表面に金属
や金属酸化物等の導電性被膜をもうけたものが用いられ
得る。これらの基板表面を清浄にしたのち、グロー放電
装置内に設置し、基板温度を適宜加熱する。室温で構造
が安定な気体状を呈するシリコン化合物、例えばS I
 H4と室温で構造が安定な気体状を呈する炭素の化合
物例えばC2H4を所望の濃度比に混合した第1の組成
比を有する混合ガス及び第2の組成比を有する混合ガス
をそれぞれ不活性ガス例えばアルゴンに稀釈し、これら
の稀釈混合ガスを上記グロー放電装置内に順次導き、1
o−2〜10Torr台の圧力のもとてグロー放電によ
シ順次所望の時間分解することにより、基板上にはそれ
ぞれ所望の組成・膜厚を有するa−5t層とa  S 
l 1  x C工の層からなる異種接合が形成される
。
特に不純物を添加したa  S ilx C8層を堆す
る必要のある場合には、適宜■族又はV族元素の気体状
化合物例えばB2H6あるいはPH3を前記稀釈混合ガ
スに添加して用いれば良い。
以下実施例にもとづいて本発明を更に詳しく説明する。
〔素子製造例〕
基板1にはSL単結晶(p型10Ω・crIL)、ステ
ンレス、石英ガラス上に工n203:5n02(工To
)透明導電膜をもうけたものを用いた。13.5MHz
高周波グロー放電装置内で基板温度を260℃に保ち、
先ず第1の層2を約1μm形成するため2ovOl−チ
のS i層4を含むArガスを導入し、o、1Torr
の圧力でグロー放電分解した。ここで第1の層2である
a−3t層が形成された。なお層2は水素の含有された
a−8tとなる。ついでC2H4とS I H4を各々
18vo11%濃度混合したArガスを導入し、同じ(
0,I Torrでグロー放電分解を行ない第2の層3
を約1μm堆積させた。
その後Si単結晶、ステンレス基板上に堆積したa −
S i層とa  Stl  、C8層の異種接合を有す
る膜上にITO4を約1600人形成した。なおX線マ
イクロアナリシス法による測定の結果第2の層の組成X
は約35%であった。
この素子の光電特性の測定はへ光源タングステンランプ
を用い照度230Lxで行った。
〔実施例1〕 第2図はp型Si基板上にa−8i層とa−9i1−I
Cx(o<x<、1)層の異種接合をもうけ、更にIT
○透明導電膜をもうけた素子の特性を示す。図に於て曲
線16はSi基板を負にバイアスした場合の暗電流を、
曲線16は同光電流を示す。又曲線17は基板を正にバ
イアスした場合の暗電流を示し、曲線19が光電流を示
す。
光導電素子特性としては、上記照度に於て約1×103
倍の光電流・暗電流比が得られ°、更に暗電流密度がl
X1O−10A、乙−を越える印加電圧は約10vであ
シ、この時の平均電界として約3 X 10 V/cI
rLを得る。比較のため示せばa −3tのみの層を用
いて暗電流密度I X 10  ”A/i以下を得る事
は現状では不可能である。
〔実施例2〕 ITO表面電極をもうけたステンレス基板上の素子も、
暗電流・充電流特性ともに、第2図とほとんど同様の特
性を示した。
〔実施例3〕 約1000人のAu−8b合金膜を表面電極としてもう
けたSi基板上の素子特性を第3図に示す。
曲線20.21は基板を負にバイアスした場合の暗電流
光電流を各々示す。又曲線22.23は基板を正にバイ
アスした場合の暗電流・光電流を示す。充電流密度は第
3図に比べ低下しているが、これは比較的“厚い”半透
明電導膜を用いたためである。しかし暗電流は特に変化
していない。更にAu−3b電極を用いたため、本電極
とa−9t1−エCx(0<!<1 )層との界面の障
壁が減少したためか、光起電力は発生せず正負側バイア
ス方向とも極めて良く似かよった特性を示す。
従って良好な異種接合面が形成されていると推測される
。
〔実施例4〕 実施例3と約10ooへのAuSb合金膜を表面電極と
してもうけたステンレス基板上の素子も、第3図とほと
んど同様の特性を示す。
〔実施例6〕 前記実施例の素子の製作に用いたa−5i1−エC!(
o<z<:1 )層及び従来素子であるSs、CdS等
を光導電膜とする素子をステンレス製ピンセットの先端
で引っ掻き、機械的強度を比較した。
従来のSe、CdSを用いた素子は容易に傷ついたが、
本発明による素子では相当の力で押圧したが、何ら機械
的損傷は認められなかった。
第4図に前記した実施例の素子の光導電特性の分光感度
分布を示す。曲線24.25は各々表面電極としてAu
−5b、ITOをもうけた素子の特性である。曲線26
はa −S i単層膜(約0.7μm)の分光感度分布
を相対値として示す。曲線24゜25は約490 nm
に最高感度を有し、これより長波長側では、曲線26と
ほぼ相似の傾向を示して感度が低下する。前述したよう
に本実施例の素子の第2の層の組成はX=0.35であ
シ、この組成ではエネルギーギャップが約2.3とVを
もつため、第2の層のみではこのような長波長側に感度
はない。長波長側の総合感度として、a−8Lの感度分
布と同様の傾向を示すことから、この素子は第1の層の
a−5t層で光励起された荷電担体が第2の層に注入さ
れ輸送されている事は明らかである。他方490 nm
より短波長側で素子の感度が低下しているのは、光入射
側に組成x=o、3E5の第2の層があり、この層で入
射光が吸収されているためと考えられる。この短波長で
の感度低下は、第2の層の組成Iを増しエネルギーギャ
ップを大きくすれば避けられる。他方第1の層の方向か
ら光入射を行なう構成にすれば、第2の層による減衰を
受ける事なく、入射光を第1の層に導く事が可能となる
。
上述の素子を実際の高電圧の表面電荷を付与し選択的な
光照射により光導電性を利用して選択的に表面電荷を放
電し、印刷等に利用する電子写真用感光層として利用す
るには、例えば第1図に於て表面電極4を取り除いた構
成となし、素子の耐電圧性を増すような設計をなせば良
い。
以上本発明の詳細な説明したように、本発明では組成X
を連続的に制御できるa  5i1−エCx とa−3
tの異種接合を用いた電子写真用感光層を提供するもの
であり、第1の層に光励起担体生成機能を、相対的に組
成Iの大きい第2の層に透光性と耐電界性の機能ならび
に光励起担体の輸送機能を分担することにより、それぞ
れの層のもつ特長を発揮させ得たものである。このため
本発明の感光層は、 (1)可視光域の光に高い感度を有し、耐高電界高電圧
性で、暗電流の小さい感光層を提供できる。
(2)機械的強度に富む感光層を提供でき、耐摩耗性の
要求される電子写真技術分野の用途に極めて有用である
。
(3)異種接合形成の温度が低く、かつ形成後の熱処理
を要さず、さらに非晶質であるため基板材料及び基板形
状の選択範囲が広く、製作が簡単であり用途目的に応じ
て自由の形状の感光層を提供できる。
(4)  基本構成材料が無毒・無公害である。
等の効果を有し、産業的価値が極めて大なるものである
。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の感光層の光導電機能確認用
半導体素子の基本構成を示す概要図、第2図、第3図は
本発明の感光層の光電機能確認用半導体素子の一実施例
における印加電圧と暗電流・光電流の関係を示す図、第
4図は本発明の半導体素子の一実施例における光電流と
入射光波長の関係を示す図である。 1・・・・・・導電性基板、2・・・・・・a −S 
i層、3・・・・・・a  S il−エCx層、4・
・・・・・透明導電膜、5.6・・・・・・電極、7・
・・・・・電源、8・・・・・・負荷′訴抗、9・・・
・・・スイッチ。 第1図 第2図 −くイアズ電、L(v) 第3図 ノ1゛イ?ス覧圧(l/)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)支持体上に形成される第1および第2の層の多層
    構造を有し、前記第1の層として非晶質シリコン層を、
    前記第2の層として炭素又はシリコンを主成分元素とす
    る非晶質半導体層(a−Si_1_−_xC_x、0<
    x≦1)とし、第1と第2の層とのヘテロ接合を含む電
    子写真用感光層。
  2. (2)非晶質半導体層が水素を含む化合物ガスを用いた
    グロー放電にて形成された特許請求の範囲第1項記載の
    電子写真用感光層。
  3. (3)非晶質半導体層が室温時の暗比抵抗値が10^1
    ^3Ω・cm以上である特許請求の範囲第1項又は第2
    項記載の電子写真用感光層。
  4. (4)非晶質半導体層が非晶質シリコン層の光学的禁止
    帯幅よりも大きい特許請求の範囲第1項又は第2項又は
    第3項記載の電子写真用感光層。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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