JPS63187250A - 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、しかも正負両帯電が可能な電子写真感光
体に関する。

［従来の技術］ 水素（）Ｉ）を含有するアモルファスシリコン（以下、
ａ　−Ｓｉ：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
メージセンサ等のほか、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、Ｓｓ　、若しくは５ｅ−Ｔｏ等
の無機材料又はポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ｐｖｃ
ｚ）若しくはトリニトロンルオレノン（ＴＮＦ）等の有
機材料が使用されていた。しかしながら、ｍ−８１：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摩耗
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
。この九め、ａ−８ｔ：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。

とのａ−８ｌ：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ｎ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ｎる。し
かしながら、この両特性を単一の感光体で満足させるこ
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コ 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中ヤリアが障壁層を通
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プント等の構
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１
０ツクできず、帯電能が低下してしまう。

一方、二色カラーコピーや、プリンタとコピーとの兼用
使用等の目的のため、正負両帯電が可能な感光体が望ま
れている。このような感光体を非晶質シリコンで形成す
る場合、非晶質シリコンに酸素を添加することや、光導
電層と支持体との間に絶縁層を設けることが考えられる
。しかし、前者の場合には、酸素の添加によル膜の欠陥
が増大し、感度、残留電位等が悪化してしまう・また、
後者の場合には、絶縁層が厚いとキャリアがトラップさ
れて残留電位が上昇してしまい、逆に薄いと画像の現像
時に絶縁破壊を生じ、好ましくない。

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、かつ正負両帯電ともに良好な帯
電能を有する電・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
っ九。

即ち、本発明は、導電性支持体、障壁層および光導電層
を有する電子写真感光体において、前記障壁層は、炭素
、酸素および窒素から選ばれた少なくとも１種を含む非
晶質シリコン薄膜と、非晶質シリコン薄膜と、ゲルマニ
ウムを含む非晶質シリコン薄膜とを交互に積層して構成
されることを特徴とする両帯電可能な電子写真感光体を
提供するものである。

非晶質シリコン（ａ−８１）薄膜中の炭素、酸素および
窒素から選ばれた少なくとも１種の濃度は、好ましくは
１〜３０原子チ、よシ好ましくは５〜１５原子チである
。

また、非晶質シリコン（ａ−８１）中のゲルマニウムの
濃度は好ましくは５〜４０原子チ、より好ましくは１０
〜２０原子チである。

（実施例） 第１図は、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。

以下、第１図に示す電子写真感光体の構成について、よ
シ詳細に説明する。

以下、第１図に示す電子写真感光体の構成について、よ
り詳細に説明する。

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、炭素、酸素および窒素から選ばれた少なく
ともｌａｉを含むａ−８ｔ薄膜と、ａ−８１薄膜と、ｒ
ルマニウムを含むａ−８ｉ薄膜とを交互に積積した超格
子構造を有している。これらａ−８ｉ薄膜は、水素が添
加されたもの（ａ−８ｉ：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４との間
の電荷の流れを抑制することによシ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、表面に帯電さ
せ次電荷の保持能力を低下させないために、障壁層２ｔ
ｐ５Ｊ１またはｎ型とすることができる。即ち、感光体
表面を正帯電させる場合には障壁層２をｐ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障壁層２をｎ型と
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から注入されるキャリアは光
の入射で電荷発生層オ内に発生するキャリアに対してノ
イズとなるから、上記のようにしてキャリアの注入を防
止することは感度の向上をもたらす。なお、ａ−８１を
ｐ型にする念めには、周期律表の第■族に属する元素、
例えば硼素Ｂ、アルミニウムＡＬ、ガリウムＧａ　。

インジウムＩｎ、及びタリウムＴｔ等をドーピングする
ことが好ましい。また、ａ−Ｓｔをｎ型にするためには
周期律表の第■族に属する元素、例えば窒素、燐Ｐ１砒
素Ａｓ、アンチモンＳｂ１及びビスマスＢｉ等をドーピ
ングすることが好ましい。

障壁層２の厚みは、１ＯＯＸ〜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−８ｔ：Ｈ
又は微結晶シリコン（μｃ−８ｌ：Ｔ（）により構成す
ることができる。

微結晶シリコン（μｅ−８１）は、粒径が約数十オンゲ
ストロムの微結晶讐し九シリコンと非晶質シリコンとの
混合層により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
にある結晶回折パターンを示し、ハローのみが現れる無
定形のａ−８ｉから明確に区別される。第二に、μｃ−
８１の暗抵抗は１０　Ω・二以上に調整することができ
、暗抵抗が１０　Ω・二のポリクリスタリンシリコンか
らも明確に区別される。

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。

障壁層２および光導電層３を構成する。ａ−８１：Ｈお
よびμｃ−８ｔ：Ｈにおける水素の含有量は、０．０１
〜３０原子チが好ましく、１〜２５原子チがよシ好まし
い。このような水素の含有量によシ、シリコンのダング
リングプントが補償され、暗抵抗と明抵抗とが調和のと
れたものとなり、光導電特性が向上する。

ａ−８ｌ：Ｈ層をグロー放電分解法にょシ成膜するには
、原料としてＳｉＨ，及びｓ１□Ｈ６等のシラン類ガス
を反応室に導入し、高周波によりグロー放電することに
よフ薄層中にＨを添加することができる。

必要に応じて、シラン類のキャリアガスとして水素又は
ヘリウムをガスを使用することができる。

一方、ＳｉＦ、ガス及び５ＩＣｔ、ｆ！ス等のハロゲン
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ゲン化ケイ素ガスとの混合ガスで
反応させても、同様にＨを含有するａ−８ｔ：Ｈを成膜
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、スパッ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。

μｃ−８ｉ層も、ａ−８１：Ｈと同様に、高周波グロー
放電分解法により、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、支持体の温度をａ−８１：
Ｈｆ：形成する場合よシも高く設定し、高周波電力もａ
−８ｌ：Ｈの場合よりも高く設定すると、μｃ−８１：
Ｈを形成しやすくなる。１次、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ＳｉＨ，及びＳ
１□Ｈ６等の高次のシランガスを水素で希釈したガスを
使用することにより、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の上に表面層４が設けられている。

光導電層３を構成するａ−８ｉ：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、光導電層に吸
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を設けることにより、洋導電層３
が損傷から保護される。さらに、表面層を形成すること
によシ、帯電能が向上し、表面に電荷がよくのるように
なる。

表面積を形成する材料としては、ａ−Ｓ　ｉＮ　：　Ｈ
５ａ−８ｉＯ：Ｈｌ及びａ−８ｉＣ：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
放電によシ約５００Ｖ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
電界によシ表面層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
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？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１０ツクできず、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、？テンシャル井戸層においては、量子
効果のために、超格子構造でない単一層の場合に比して
、中ヤリアの寿命が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り、周
期的なバリア層が形成されるが、中ヤリアはトンネル効
果で容易にバイアス層を通力抜けるので、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）、キャリ
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。

また、このよう表超格子構造の障壁層を有する感光体は
、障壁層の膜厚を厚くしてもキャリアの“移動度や寿命
が落ちることがなく、正負両帯電共に良好な帯電能を有
している。

以下に第２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、ガスざンペ２１，２２，２３．
２４には、例えば夫々ＳＩＨ□Ｂ２Ｈ６，Ｈ２，ＣＨ，
等の原料ガスが収容されている。

これらガスデンベ内のガスは、流量調整用のパルプ２６
及び配管２７を介して混合器２８に供給されるようにな
っている。各？ンペには圧力計２５が設置されており、
該圧力計２５を監視しつつパルプ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
１ｃ調節できる。

混合器２８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３Ｉには、回転軸３０が鉛直
方向の回りに回転可能に取付けられている。該回転軸３
０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３０の軸中心と一
致させて底部３１上に設置されている。感光体のドラム
基体３４が支持台３２上にその軸中心を回転軸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
３６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
３０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によシ監視され、反応容器２９は
ケートパルプ３８を介して真空ポンプ等の適宜の排気手
段に連結されている〇 上記製造装置によシ感光体を製造する場合には、反応容
器２９内にドラム基体３４を設置した後、ｆ−）パルプ
３９を開にして反応容器２９内を約０、　Ｉ　Ｔｏｒｒ
の圧力以下に排気する。次いで、デンベ２１．２２，２
３．２４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。

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．　ＯＴｏｒｒ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３４を回転させ、ヒータ３５によりドラム基体３
４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。これにより、ド
ラム基体３４上にμｅ−８１：Ｈ＋ａ−８ｉ　：Ｈが堆
積する。なお、原料ガス中にＮ２０　＋　ＮＨ５ｍ　Ｎ
Ｏ２ｍ　Ｎ２　＊　ＣＨ４＊　Ｃ２Ｈ４＊　Ｏ□ガス等
を使用することによシ、窒素、炭素、酸素をμｃ−３ｉ
：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。

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
理及びサンドゲラスト処理を施した直径が８９ｍ、幅が
３５０１１１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１０−５トルの真空度に排気し
た。ドラム基体を２５０℃に加熱し、１０　ｒｐｍで自
転させつつ、ＳｉＨ，ガスを２５　ＳＣＣＭ、　ＣＨ４
ガスを５００８００Ｍ導入し、反応容器内の圧力を０．
８　Ｔｏｒｒとし、１００Ｗの高周波電力を印加して５
０Ｘのａ−８ｉＣ薄膜を形成した。

次いで５ｉｎ４がスを３００８００Ｍ導入し、反応容器
内の圧力を０．６　Ｔｏｒｒとして２００Ｗの高周波を
力を印加し、５０Ｘのａ−８１薄膜を形成した。次にＧ
ｅＨ４ガスをｌ　ＯＯ８００Ｍ導入し、４０（）Ｗの高
周波電力を印加して５０Ｘのａ−８ＩＧｅＨ膜を形成し
た。

このような操作を繰返して７５００Ｘの超格子構造の障
壁層を形成した。

次に、５ｔＨ４ガスを５００　ＳＣＣＭ、　　Ｂ２Ｈ６
ガスをＳｉＨ４がスに対する流量比がｌＯ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トルとし、
３００Ｗの高周波電力を印加して１５μｍの１型ａ−３
ｔ：Ｈ光導電層を形成した。

最後に、０．５μｍの厚さの６−８１０：Ｈからなる表
面層を形成した。

このようにして形成した感光体に＋６．５　ｋＶの電圧
を印加すると、５００Ｖの表面電位が得られ、５秒後の
保持率は７０チであった。次に、−６，５Ｖの電圧を印
加したところ、　−４００Ｖの表面電位が得られ、５秒
後の保持率は５０％であった。

更に、この感光体を複写機に装着して画像を形成させ友
ところ、正負両帯電いずれの場合にも、鮮明で良好な画
像が得られた。

試験例２ 障壁層の講成層の１つであるａ−８ｉ　Ｃ薄層の代わフ
に１−８ＩＮ薄層を形成したことを除いて、試験例１と
同様にして電子写真感光体を製造した。

なお、ａ−８ＩＮ薄層は、ＳｉＨ４がスを２０　ＳＣＣ
Ｍ。

Ｎ２ガスを６００８ＣＣＭに設定し、反応室内の圧力ｔ
　１．　ＯＴｏｒｒとして２００Ｗの高周波電力を印加
することにより得られ九。

この感光体を試験例１と同様に複写機に装着して画像を
形成させたところ、正負両帯電いずれの場合にも、鮮明
で良好な画像が得られた。

薄層の種類は、上記試験例のように３種類に限らず、４
種類以上の薄層を積層してもよく、要するに、所定の３
種類のａ−８１薄層の組合せを含んでいればよい。

［発明の効果コ 本発明によれば、障壁層に３種類の薄膜の超格子構造を
用いているため、キャリアの走行性が高く、膜厚を厚く
してもキャリアの移動度や寿命が落ちることがない、正
負両帯電ともに良好な帯電能を有する感光体が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の災施例に係る電子写真感光体を示す断
面図、第２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ある。 １：導電性支持体、２：障穂層、３：光導電層、４：表
面層。 出願人代理人　弁理士　　鈴　江　武　彦第　１因 第　２ｒｙＪ

Claims (6)

【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有する電
   子写真感光体において、前記障壁層は、炭素、酸素およ
   び窒素から選ばれた少なくとも１種を含む非晶質シリコ
   ン薄膜と、非晶質シリコン薄膜と、ゲルマニウムを含む
   非晶質シリコン薄膜とを交互に積層して構成されること
   を特徴とする両帯電可能な電子写真感光体。
2. （２）前記障壁層を構成する各薄膜の膜厚は３０〜５０
   ０Åであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の電子写真感光体。
3. （３）前記障壁層は、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。
4. （４）前記障壁層の光導電性を有する領域は、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。
5. （５）前記光導電層は、その少なくとも一部が微結晶化
   してい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。
6. （６）前記光導電層の上に表面層が形成されていること
   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。