JPS61289357A - 電子写真用感光体 - 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、電子写真用感光体に関し、詳しくは、光感度
特性及び帯電処理時の表面電荷保持能にすぐれると共に
、実質的に残留電位が存在しない正帯電型の電子写真用
感光体に関する。

（従来の技術） 従来、支持体と光導電層とを有する電子写真用感光体に
おける光導電層として、Ｓｅ、　ＣｄＳ、　ＺｎＯ等の
無機光導電材料や、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ト
リニトロフルオレノン等の有機光導電材料が広く用いら
れているが、近年になって、例えば、特開昭５４−７８
１３５号公報、特開昭５４−８６３４１号公報等に記載
されているように、その製造条件を制御することによっ
て、ｐ型、ｎ型、ｎ型いずれの伝導型の光導１！層にも
形成し得ること、無公害であること、表面硬度が著しく
高いことによる耐摩耗性や耐現像性にすぐれていること
、更には、耐熱性、耐クリーニング性、耐溶剤性にすぐ
れていること等、多くの利点を有するために、アモルフ
ァスシリコンが光導電材料として注目されるに至ってい
る。

しかしながら、光導電層としてアモルファスシリコン膜
を用いるとき、暗抵抗が１０１′−１０”Ω備と低いた
め、感光体として使用した場合、暗減衰速度が大きく、
且つ、受容電位が低いという問題を有している。更に、
アモルファスシリコン膜は、通常のＰＰＣ複写機やカラ
ープリンタに使用するとき、短波長光（λ＝５００〜６
５０ｎｍ）に対しては残留電位が大きいために、諧調の
すぐれた画像を得ることができない。また、光１９層は
、十分な濃度の画像を得るために必要とされる受容電位
、例えば、５００Ｖ以上を得るには、１５〜２０μｍ程
度の膜厚を必要とするので、光導電層の膜厚を薄くする
ことによって、残留電位を小さくすることも困難である
。

かかる問題を解決するために、従来より、アモルファス
シリコンに酸素、窒素、炭素、ホウ素等の不純物元素を
ドーピングして、暗抵抗を高めたアモルファスシリコン
の単層膜からなる光導電層を備えた電子写真用感光体も
提案されている。しかし、このような高暗抵抗化は同時
に光感度を低下させるので、上記不純物元素の添加量の
制御が容易ではなく、一般的には暗抵抗と光感度のいず
れの特性にもすぐれるアモルファスシリコン単層膜から
なる光導電層゛を形成することは困難である。

そのために、最近では、アモルファスシリコンにおける
ｐ−ｎ接合やペテロ接合を利用した伝導特性の異なる多
層のアモルファスシリコン膜を含む正帯電用、負帯電用
又は両用の多層型光導電層が種々提案されている。

例えば、特開昭５７−１）３５１号公報には、支持体の
上にｐ″層、ｎ一層又はｉ層、及び表面保護層をこの順
序に積層してなる多層構造の電子写真用光感光体が記載
されている。しかし、一般に、高濃度画像を得るために
は、受容電位を高めることが必要であり、このためには
上記ｎ一層の厚みを通常１５μｍ程度以上とする必要が
あるが、その結果、短波長露光の場合に、ｐｎ接合部に
光が十分に到達しないので、残留電位が大きくなり、画
像にかぶりを生じて、画像品質の低下をもたらす。更に
、膜厚が大きいときは、成膜に時間を要し、製品価格を
高める不利益もある。

（発明の目的） 本発明は、従来のアモルファスシリコン感光体における
上記した問題を解決するためになされたものであって、
膜厚が薄いにもかかわらず、受容電位が高く、また、膜
厚が薄いために短波長露光の場合にも、ｐｎ接合部に十
分に光が到達するので、実質的に残留電位が存在しない
多層型アモルファスシリコン感光体を提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本発明による電子写真用感光体は、支持体上に光導電層
が形成されてなる電子写真用感光体において、支持体側
からの順序にて、先導１４１）Ｊがｆａｔ　　ｐ型水素
化アモルファスシリコン層、（ｂ）　　ｎ−型又はｉ量
水素化アモルファスシリコン層、 （ｃ）Ｎ、Ｃ及び／又はＯをドーピングされた水素化ア
モルファスシリコン層、 （ｄ）ｐ型水素化アモルファスシリコン層、（ｅ）ｎ−
型又はｉ量水素化アモルファスシリコン層、及び （ｆ）Ｎ、Ｃ及び／又はＯををドーピングされた水素化
アモルファスシリコン層 とからなる多層構造を含むことを特徴とする。

以下に図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明による電子写真用感光体の模式図を示
し、支持体１の上に例えばＢをドーピングしたｐ型の水
素化アモルファスシリコンＷ！Ｉ２、ｎ−型又はｉ型の
水素化アモルファスシリコン層３、及び高抵抗層として
のＮ、Ｃ及び／又は０をドーピングされた水素化アモル
ファスシリコン層４がこの順序に積層されて下部層５を
形成し、この下部層の上に更に例えばＢをドーピングし
たｐ型の水素化アモルファスシリコン層６、ｎ−型又は
ｉ型のアモルファスシリコン層７、及び高抵抗層として
のＮ、Ｃ及び／又はＯをドーピングされた水素化アモル
ファスシリコンＮ８がこの順序に積層されて上部１９を
形成している。尚、ここにおいて、一般にアモルファス
シリコンは、本来、弱いｎ型、即ち、ｎ−型の半導体で
あるので、ｎ−型にするために、特に水素以外のドーピ
ング元素を必要としない。

上記支持体ｌとしては、導電性であっても、電気絶縁性
であってもよい。導電性支持体としては、例えば、ステ
ンレス鋼、Ａｊ！、Ｃｒ　−、Ｍ　ＯＳＡ　ｕ　％Ｔｔ
、Ｉｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属又はこれ
らの合金を挙げることができる。また、電気絶縁性支持
体としては、ポリカーボネート、ポリイミド等の合成樹
脂のフィルム又はシート、ガラス、セラミックス等を挙
げることができる。

これらの電気絶縁性支持体は、少なくともその一方の表
面が導電処理されているのが望ましい。

支持体の形状は、感光体の具体的な用途によって適宜に
選ばれ、特に、制限されるものではなく、例えば、円筒
状、ベルト状、板状等、任意であってよいが、連続高速
複写の場合は、無端ベルト状又は円筒状であることが望
ましい。

水素化アモルファスシリコン層は、例えば、グロー放電
法又はスパッタリング法によって、所要表面、例えば、
支持体や他のアモルファスシリコン層上に膜状に形成す
ることができる８例えば、グロー放電法によるときは、
シラン、ジシラン等の水素化ケイ素化合物ガスをそのま
ま、又はアルゴンや水素にて希釈し、これらガスをグロ
ー放電にて分解させて、所要表面上に堆積させる。また
、スパッタリング法による場合は、例えば、ケイ素をタ
ーゲットとしてアルゴン等の不活性ガスと水素との混合
ガス中でスパッタリングを行なうことによって、所要表
面にアモルファスシリコン膜を堆積させる。

アモルファスシリコン膜は、これに水素やその他の不純
物元素をドーピングすることによって、ｎ型、ｐ型又は
ｉ型のいずれの伝導型にも形成することができる。また
、不純物元素のドーピング量を制御することによって、
より強いｎ型（ｎ＋型）又はより強いｐ型（ｐ”型）や
、より弱いｎ型（ｎ−型）又はより弱いｐ型（ｐ−型）
のアモルファスシリコンを得ることもできる。ここに、
ｎ型は、ドナーのみを含み、又はドナーとアクセプター
との両方を含むが、ドナー濃度（Ｎｄ）の高いものをい
い、ｐ型は、アクセプターのみを含み、又はアクセプタ
ーとドナーの両方を含むが、アクセプター濃度（Ｎ　ａ
　）が高いものをいい、ｉ型は、上記したＮｄとＮａと
がほぼ等しいもの、又は共にほぼ０であるものをいう。

アモルファスシリコン膜に種々の不純物元素をドーピン
グする方法は既に知られている。例えば、水素化アモル
ファスシリコン膜に水素以外の不純物元素をドーピング
するには、前記したようなアモルファスシリコン形成用
ガスをグロー放電法によって分解させて、水素化アモル
ファスシリコン層を形成する減圧雰囲気内に、当該不純
物元素の単体又は化合物のガスを共存させ、同様に分解
させればよい。かかる不純物元素の化合物ガスとしては
、ＢＡＨいＰＨ，，０□、ＣＯ２、Ｎ、０、Ｎｌｈ、Ｃ
Ｈ４、Ｃｔ　ＩＩ　ａ等を挙げることができる。また、
水素化アモルファスシリコン膜にスパッタリング法によ
って水素以外の不純物元素をドーピングするには、所要
の不純物元素に応じて、例えば、ＢｚＨｂ、ＰＨ３、Ｃ
１）４等を混合した雰囲気中でＳｉやＳｉ合金をターゲ
ットとしてスパッタリングすればよい。

本発明による電子写真用感光体においては、下部層及び
上部層のいずれにおいても、各層は次のような濃度で不
純物元素を含有すると共に、膜厚を有することが好まし
い。

本発明においては、ｐ型の水素化アモルファスシリコン
層としては、周期律表第１）［Ａ族元素、例えばＢがド
ーピングされた水素化アモルファスシリコン層が用いら
れる。このｐ型の水素化アモルファスシリコン層は、ｐ
−１又はｐ−ｎ−型接合による電荷注入阻止のための障
壁を高くするために、換言すれば、ｐ型とするために、
上記不純物元素を０．０２％以上含有することが好まし
い。また、膜厚は、トンネル電流の防止のために、０．
１μｍ以上であることが好ましい。膜厚の上限は、実用
的な製膜時間を考慮して、通常、１μｍ程度が好適であ
る。

ｎ−型又はｉ型の水素化アモルファスシリコン層として
は、不純物元素を何もドーピングしない水素化アモルフ
ァスシリコン層や、周期律表第■Ａ族元素を微量添加す
ることによって、本来のｉ型にした水素化アモルファス
シリコン層が用いられる。特に、水素化アモルファスシ
リコン層に不純物元素、周期律表第１）ＩＡ族元素、例
えばＢを５０　ｐｐｍ以下の範囲でドーピングして、ｉ
型としたアモルファスシリコン層が安定した特性を有す
るので好ましい、また、ｎ−型又はｉ型の水素化アモル
ファスシリコン層の膜厚は、受容電位を確保するために
少なくとも４μｍとすることが好ましく、他方、残留電
位を実質的に存在させないために、５μｍ以下とするこ
とが好ましい。

また、高抵抗層としてのＮ、Ｃ及び／又はＯをドーピン
グされた水素化アモルファスシリコン層は、好ましくは
１０Ｉ４Ω１以上の高抵抗を有するように、水素化アモ
ルファスシリコン層を例えばＣＨ４／ＳｉＨ，ガス比１
〜２０の雰囲気下に成膜し、且つ、なだれ現象を防止す
るためにその膜厚を００１８ｍ以上とし、且つ、残留電
位を実質的に存在させないために０．５μｍ以下とする
のが好ましい。

従って、本発明においては、光導′！１層の全膜厚は従
来のアモルファスシリコン光導電層に比較して薄い、し
かしながら、本発明においては、光導電層は、支持体上
にｐｎ接合構造を積層し、且つ、その間に高抵抗層とし
てのＮ、Ｃ及び／又はＯをドーピングされたアモルファ
スシリコン層を介在させてなり、この高抵抗層によって
下部層のｐｎ接合と上部層のｐｎ接合とが分離されてい
るので、全膜厚が薄いにもかかわらず、高い受容電位を
得ることができる。上記高抵抗層がないときは、下部層
のｎ一層と上部層のｐ゛層との接合部に熱励起されたキ
ャリアの移動が生じて、なだれ現象が生じるので、受容
電位は低い、一方、全膜厚が薄いので、短波長露光に対
しても、残留電位が低い。

また、上部層における高抵抗層は、水素化アモルファス
シリコンが化学的に活性であるので、その表面を保護す
るための層であり、高抵抗であると共に、光導電層が帯
電処理を受けた際にすぐれた電荷保持能を有することが
必要である。従って、本発明においては、かかる高抵抗
層として、下部層と上部層との中間に積層した高抵抗層
と同じく、Ｎ、Ｃ及び／又は０をドーピングされたアモ
ルファスシリコン層を用いる。

第２図に本発明による電子写真用感光体の製造に好適に
用い得る装置の一例を示す。

原料ガス導入管１）と排気装置（図示せず）に接続する
排出管１２とを有する密閉された反応容器１３内にシリ
ンダ状感光体基体１４が加熱器１５の周囲に適宜の回転
駆動装置１６によって回転可能に保持されていると共に
、高周波電源１７及びマツチングボックス１８に接続さ
れた高周波電極１９が上記感光体基体を挟んで配設され
ている。

かかる装置にて感光体基体上にアモルファスシリコン膜
を形成するには、反応容器内を排気、真空とし、た後、
加熱器にて感光体基体を所定の温度に加熱保持し、次い
で、上記原料ガス轟入管から例えばヘリウムで希釈した
シランガスを反応容器内に導入しつつ、反応容器内を所
定の真空度の雰囲気に調整し、高周波電源を所定の電力
に設定して、上記電極に高周波を印加することにより、
反応容器内にグロー放電を生起させ、原料ガスをプラズ
マ分解すれば、アモルファスシリコン膜を感光体基体上
に形成することができる。

不純物元素をドーピングするには、例えば、上記シラン
ガスと共に、例えばヘリウムで希釈したジボランガスを
それぞれ所定の流量にて原料ガス導入管から反応容器内
に導入し、同様にして、反応容器内にグロー放電を生起
させる。このようにして、例えば、Ｂがドーピングされ
たアモルファスシリコン膜を感光体基体上又はアモルフ
ァスシリコン膜上に形成することができる。

（発明の効果） 本発明の電子写真用感光体においては、以上のように、
支持体上にｐｎ接合を積層し、且つその間に高抵抗層を
介在させてなり、光導電層の厚みが小さいにもかかわら
ず、高い受容電位を得ることができると共に、光導電層
の厚みが小さいので、短波長露光の場合にもｐｎ接合部
に十分に光が到達し得、残留電位が著しく低減される結
果、高品質の画像を得ることができる。

（実施例） 以下に本発明による電子写真用感光体を実施例によって
具体的に説明する。

実施例 （電子写真用感光体の製作） 先に説明した装置を用い、感光体基体として表面を清浄
にしたアルミニウムドラムを用いて、本発明による電子
写真用感光体を製作した。

それぞれのアモルファスシリコン層を形成するに際して
は、反応容器内を１０−”Ｔｏｒｒに減圧した後、容器
内に前述したように感光体基体を回転させながら約２０
０℃に加熱保持し、次いで、反応容器内に表に示す流量
にて原料ガスを導入して、圧力を１．Ｑ　Ｔｏｒｒに調
整し、電極間に１３．５６　ＭＨｚの高周波を印加し、
グロー放電を生起させて、原料ガスをプラズマ分解し、
アルミニウムドラム表面側から部下層としてのｐ型層、
ｎ−型層又はｉ型層及び高抵抗層を成膜し、更に上部層
として下部層と同じ構成のアモルファスシリコン層を成
膜した。各アモルファスシリコン層を成膜した際の高周
波電力、成膜時間及び得られた層の膜厚を併せて表に示
す。

（電子写真感光体の特性評価） 一般に、感光体を帯電露光させた場合の時間と表面電位
との関係を第３図に示し、受容電位Ｖｃ＆、残留電位Ｖ
　ｒｙｍｓ及び半減衰時間ｔｌ／ｌはそれぞれ図示のよ
うに定義される。また、光感度は次式にて定義される。

Ｅｓｏ−１／　Ｉ−ｔ　ｌｙｚ 上で製作した感光体に７ＫＶの電源電圧を印加して正コ
ロナ帯電させ、続いて強度０．５μＷ／ｃｄの所定の波
長の単色光を照射して、残留電位及び光感度（Ｅｓ。）
を測定した。結果を第４図に実線にて示すように、光感
度は高く、受容電位は実質的に存在しない、特に、ｒｐ
ｃ複写機用露光光源の波長である５５０ｎｍにおいては
、帯電減衰特性は、受容電位５８０Ｖ、光感度０．６５
　ｃｊ　／　ｅｒｇ、残留電位２４Ｖであった。

比較のために、第５図に示すように、アルミニウムドラ
ム感光体基体２１上に、膜厚０．５μｍのｐ型アモルフ
ァスシリコン層２２、膜［２０μｍのｎ−型アモルファ
スシリコン層２３及び膜厚０゜１５μｍのＣをドーピン
グした高抵抗アモルファスシリコン層２４をこの順序に
て製膜してなる３層構造の感光体を製作し、上記と同様
にして、その特性を評価した。尚、この感光体の製作に
おいて、各層の製膜条件は、上記本発明による感光体に
おけると同じであるが、ｎ一層の製膜時間を１２０分と
した。

結果を第４図に破線で示すように、その帯電減衰特性は
、本発明による感光体に比べて、光感度が劣ると共に、
残留電位も高い。また、５５０ｎｍにおいては、帯電減
衰特性は、受容電位６００Ｖ、光感度０．４８　ｃｉ／
ｅｒｇ　、残留電位１００Ｖであった。即ち、本発明の
感光体によれば、光感度、残留電位共に著しく改善され
ている。

次に、上記本発明による感光体を市販ＰＰＣ複写機に取
付けて、画像形成＠Ｉ’）　騒を行なったところ、鮮明
でかぶりのない良好な画像を得ることができた。さらに
、繰り返して５ｏｏｏｏ枚の複写をしても、画像の劣化
は認められなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電子写真用感光体の一例として
の正帯電型感光体を示す模式図、第２図は、感光体を製
造するための装置の一例を示す断面図、第３図は、感光
体を帯電露光させたときの時間と表面電位との関係を一
般的に示すグラフ、第４図は、本発明及び比較例による
感光体における照射光波長と残留電位との関係を示すグ
ラフ、第５図は比較例としての感光体を示す模式図であ
る。 １・・・導電性支持体、２・・・ｐ型のアモルファスシ
リコン層、３・・・ｎ−型又はｉ型のアモルファスシリ
コン層、４・・・ｐ−型のアモルファスシリコン層、１
）・・・原料ガス導入管、１２・・・原料ガス排出管、
１３・・・反応容器、１４・・・シリンダ状感光体基体
、１５・・・加熱器、１７・・・高周波電源、１９・・
・高周波電極、２１・・・導電性支持体、２２・・・ｐ
型水素化アモルファスシリコン層、２３・・・ｎ−型水
素化アモルファスシリコン層、２４・・・高抵抗層。 第３ＦＭ 外聞　ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持体上に光導電層が形成されてなる電子写真用
   感光体において、支持体側からの順序にて、光導電層が （ａ）ｐ型水素化アモルファスシリコン層、（ｂ）ｎ−
   型又はｉ型水素化アモルファスシリコン層、 （ｃ）Ｎ、Ｃ及び／又はＯをドーピングされた水素化ア
   モルファスシリコン層、 （ｄ）ｐ型水素化アモルファスシリコン層、（ｅ）ｎ＾
   −型又はｉ型水素化アモルファスシリコン層、及び （ｆ）Ｎ、Ｃ及び／又はＯををドーピングされた水素化
   アモルファスシリコン層 とからなる多層構造を含むことを特徴とする電子写真用
   感光体。