JPS63178251A - 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】 〔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に関するＯ 〔従来の技術〕 水素圓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
ておシ、太陽電池、薄膜トランジスタ、及びイメージセ
ンナ等のほか、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、ＺｎＯ，Ｓｅ、若しくはＢｅ−Ｔｅ等の無機
材料又はポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ｐｖｃｚ）若
しくはトリ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−８ｔ：Ｈ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
び耐衝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るが、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、光導電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中ヤリアをブ
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って、
帯電能が優れておシ、残留電位が低く、近赤外領域まで
の広い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により、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つ
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くおいて、
前記障壁層は、微結晶シリコン薄膜と伝導型を支配する
元素を含む非晶質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３０〜２００人であ
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１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
１０−１〜１原子％、よ〕好ましくは１０−１〜１０−
１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層によシ形成されている
ものと考えられ、以下のような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
近にある結晶回折ノ４ターンを示し、ハローのみが現れ
る無定形のａ−８１から明確に区別される。第二に、μ
ｃ−８ｉの暗抵抗は１０”Ω・ａ以上に調整することが
でき、暗抵抗が１０’Ω・菌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因は、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。

第２図は本発明の他の実施例になる電子写真感光体の断
面構造を示す図で、この実施例では電荷発生層および電
荷輸送層からなる機能分離型の光導電層が用いられてい
る。即ち、導電性支持体１及び障壁層２の上に電荷輸送
層５が形成され、該電荷輸送層の上に電荷発生層６が形
成されている。

更に、電荷発生層６の上には表面層４が形成されている
。

上記第１図および第２図の実施例における各部の詳細は
、次に説明する通りである。

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）、これら薄膜は水素が添加されたもの（
μｃ−８ｉ　：Ｈ，ａ−８１：Ｈ）とすることができる
。

上記障壁層２は、導電性支持体１と電荷発生層５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一表面に帯電さ
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ｎｆｉとする。即ち、感光体表面を正帯電させ
る場合には障壁層Ｘｆｔｐ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２ｔ−ｎｗ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から注入される中ヤリアは元の入射で電
荷発生層６内に発生する中子リアに対してノイズとなる
から、上記のようにして中ヤリアの注入を防止すること
は感度の向上をもたらす。なお、ａ−８ｉおよびμＣ−
８１をｐｍにするためには、周期律表の第１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Ｉ　ｎ、及びタリウムＴ１等をドーピング
することが好ましい。また、ａ−８１およびμｃ−８ｉ
ｌｎ型にするためには周期律表の第Ｖ族に属する元素、
例えば窒素、燐Ｐ１砒素λｚ１アンチモンＳｂ、及びビ
スマスＢＩ等をドーピングすることが好ましい。

また障壁層２を構成するμｃ−８１および／またはａ−
８ｉに炭素、窒素および酸素から選択された元素の一種
以上を含有させることによシ、障壁層を高抵抗とするこ
とができる〇 障壁層２の厚みは、１００人〜１０μｍが好ましい。

障壁層２の上に形成される光導電層３は、ａ−８ｉ：Ｈ
又はμｃ−８ｉ　：Ｈにより構成することができるＯ 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。また、第２図に示す機能分離量
の感光体においては、光の入射によシミ荷発生層６ＦＣ
キャリアが発生し、この中ヤ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
は電荷輸送層５を走行して導電性支持体に到達する。

障壁層２ｂよび光導電層３を構成する。ａ−８１：Ｈお
よびμｃ−８ｉ：Ｈにおける水素の含有量は、０、Ｏ１
〜３０原子％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。

畠−８ｉ：Ｈｊ−グロー放電分解法によシ成膜するには
、原料として８ｉＨ４及び８１．Ｈ・等の７ラン類ガス
を反応室に導入し、高周波によジグロー放電することに
よシ薄層中６ＣＨを添加することができる・必！！に応
じて、シラン類の命中リアガスとして水素又はヘリウム
ｔ−ガスを使用することができる・一方、８１Ｆ４ガス
及び８ｉ（Ｊ４．ｆス郷のハロダ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、シラン類ガスとハ
ロダン化ケイ素ｆ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＊Ｈｔ−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、スノ臂ツ
タリング等の物理的な方法によってもこれ等の薄層を形
成することができる０ ｐｃ−８Ｉ層も、ａ−８１：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ｔ−ロー８ｉ
：Ｈ’ｉ形成する場合よシも高く設定し、高周波電力も
ａ−８１：Ｈの場合よシも高く設定すると、μｃ−８ｉ
：Ｈｉ影形成やすくなる。また、支持体温度及び高周波
電力を高くすることにより、７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８ｉＨ，及び
８４．Ｈ・等の高次の７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　−８１：Ｈを一層高効率
で形成することができる。

光導電層３又は電荷発生層６の上に表面層４が設けられ
ている。光導電層３又は電荷発生層６を構成するａ−８
１：Ｈ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＠３又は電荷発生層６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′ｔ−設けることにより、電荷発生層６
が損傷から保護される。さらに、表面層を形成すること
により、帯電能が向上し、表面に電荷がよくのるように
なる。表面層を形成する材料としては、ａ−８ｉ：Ｈ，
ａ−８１：Ｈ，及び−−ｓ　ｔｃ　：Ｈ等の無機化合物
並びにポリ塩化ビニル及びポ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
放電により約ｓ　ｏｏｖの正電圧で帯電させた状態で光
（ｈν）が入射すると、光導電層３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
の電界により表面層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
なりてしまり。一方、膜厚が薄いと現像バイアスにより
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
留電位が高くなり、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ζ超格子構造でない単一層の場合に比し
て、キャリアの寿命が５乃至１０倍と長い。また、超格
子構造においては、バンドギャップの不連続性によシ、
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
実効移動度はバルクにおける移動度と同等であシ、中ヤ
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３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８１　Ｈ，、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２２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が設置されており、該圧力計２５を監視しつ
つバルブ２６を調整することにより混合器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２
８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３ｏ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３
６が接続されておシ、電極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により回転駆動される。反応容器２９内
の圧力は圧力計３７により監視され、反応容器２９Ｆｉ
ゲートパルプ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。

上記製造装置によル感光体を製造する場合には、反応容
器２９内にドラム基体３４ｔ−設置した後、ｒ−）パル
プ３９を開にして反応容器２９内を約０．１Ｔｏｒｒの
圧力以下に排気する。次いで、ゲンベ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０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３４ｔ−回転させ、ヒ
ータ３５によシトラム基体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。これによシ、ドラム基体３４上にｐｃ−８１
：Ｈ＋ａ−８Ｉ：Ｈが堆積する。なお、原料ガス中に８
．０　、ＮＨ，、ＮＯ，、Ｎ、　、　ＣＨ，、Ｃ諺Ｈ４
１Ｏ冨ガス等を使用することによシ、Ｃ，０，Ｎｔ−μ
ｍＳｔ：Ｈやａ−８１：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０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
理及びナンドプラスト処理を施した直径が８０罪、幅が
３５０Ｈ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Ｉ　Ｆ’　）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、８１Ｈ，ｆ！スを５０　ＳＣＣＭ、　Ｂ
、Ｈ−ガスを３五Ｈ４ガスに対する流量比で５　Ｘ　１
０−’、Ｈ，ガスを５００８０層Ｍという流量で反応容
器内に導入し、反応容器内の圧力を１トルに調節した。

そして、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加′してプ
ラズマを生起させ、ドラム基体上にｐ型のμｃ−８ｉ：
Ｈ薄層（結晶化度ニア５％）を１０ＯＡ形成した。次い
で、ＳｉＨ４ガス流量を４００８ＣＣＭ、Ｈ，ガスを２
００８　ＣＣＭ、　Ｂｊ（ｓガスをＳｉＨ，ガスに対す
る流量比で１０−”の流量で反応容器内に導入し、反応
容器内を１トルに調節した後、４００Ｗの高周波電力を
印加し、５０人のｐ型ａ−８ｉ　：Ｈ＠１ｌＪｆｔ形成
した。このような操作を繰返し、５０層のｐ型μｃ−８
ｉ　：Ｈ薄層と５０層のｐ型ａ−８ｉ：Ｈ薄層からなる
７５００Ａの超格子構造の障壁層を形成した。

次に、ＳｉＨ４ガスｔ−５００１９ＣＣＭ％Ｂ雪Ｈ・ガ
スを８ｉＨ４ガスに対する流量比が１０″となるような
流量で反応容器内に導入し、反応容器内を１ト−ＩＩ　
　　Ｍへへ’ｒｘｒハ吉ＥＭ１袖醤セちｍ輛奮イ１ζ／
ｌ□のｉ型ｍ−８１：Ｈ光導電層を形成した。

最後に、０．５μｍの厚さのａ−８ｉＣ：Ｈからなる表
面１ｉ１に形成した。

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、この光は光導電層で吸収さ
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、中ヤリアの寿命が高
く、高い走行性が得られた０これにより、鮮明で高品質
の画像が得られ九〇また、この試験例で製造された感光
体を、繰返し帯電させたところ、転写画像の再現性及び
安定性は極めて良好であり、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 光導電層としてｉ型ａ−８４：Ｈ層の代わシにｌ温μｃ
−８ｉ層を形成したことを除き、試験例１と同様忙して
電子写真感光体を製造した。なお、ｉ塁ｐ　ｃ　−Ｓ　
１層は、８　ｉ　Ｈ４ガスｆ：１１００８ＣＣ，Ｈ。

ガスを１２００８ＣＣＭという流量で反応室内に導入し
、圧力を１．２トルとし、ＩＫＷＯ高周波電力を印加す
ることにより得られた◎ このようにして製造された感光体は、半導体レーデの発
振波長である７８０乃至７９０ｎｍの長波長光に対して
も高い感度を有する０この感光体を半導体レーデプリン
タに搭載してカールソンプロセスにより画像を形成した
ところ、感光体表面の露光量が２５　ｅｒｇｃｎである
場合でも、鮮明で高解像度の画像を得ることができた。

こ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層しても良く、要するに、光
学的バンド中ヤツプが相違する薄層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１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
組み合わせることだよシ、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０

【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図は他の実施例に係る電子写真感光体を示す
断面図、第３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らる０ １・・・導電性支持体、２・・・障壁層、３・・・光導
［層、４・・・表面層、５・・・電荷輸送層、６・・・
電荷発生層。

Claims (8)

【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、微結晶シリ
   コン薄膜と伝導型を支配する元素を含む非結晶シリコン
   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３０〜２００Åであることを特徴とする電子写
   真感光体。
2. （２）前記微結晶シリコン薄膜は、伝導型を支配する元
   素を含む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項又は第２
   項記載の電子写真感光体。
4. （４）前記微結晶シリコン薄膜および非晶質シリコン薄
   膜のうちの少なくとも一方は、炭素、酸素および窒素か
   ら選ばれた少なくとも１種の元素を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の電子写真感光体。
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項記載の電子写真感光体。
7. （７）前記光導電層の少なくとも一部は微結晶シリコン
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   電子写真感光体。
8. （８）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項記載の電子写真感光体。