JPS63241560A - 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】 〔発明の目的〕 （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■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，８ｅ、若しくは５ｅ−Ｔｅ等の無機
材料又はポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール（ＰＶＣＺ）ｉ
しくはトリニトロンフルオレノン（Ｔ　Ｎ　Ｆ）等の有
機材料が使用されていた。しかしながら、ａ−８ｉ：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
０このため、１−８ｉ：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
ことが困難でちるため、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水より、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中子リアが障壁層を通
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υ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
造欠陥に中ヤリアがドラッグされ、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。

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、基板との密若性が
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〕

（問題点を解決するだめの手段） 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シ、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
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において、
前記障壁層は、少なくとも一方が伝導型を支配する原子
を含む２種類の非晶質シリコン薄膜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３０〜５００Ｘ　
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
格子構造の少なくとも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−ｓ〜ＩＩｇ、子％、よシ好ましくは１
０−１〜１０−１原子％である〇 （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。四回において、１は導電性支持
体である。該導電性支持体の上には障壁１ｉｊ２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。

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、ａ−８ｉ薄膜の超格子構造を有しておシ、
これら薄膜は水素が添加されたもの（ａ−ｓｉ：ａ）と
することができる。

上記障壁層２は、導電性支持体１と光導電層３との間の
電荷の流れを抑制することによ）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
た電荷の保持能力を低下させないために、障壁ｓ２を構
成する非晶質シリーン薄膜をｐ型またはｎ型とする。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は障壁
層２をｎｆｉ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光導を層３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０なお
、ａ−５ｆをｐ型にするためには、周期律表の第１族に
属する元素、例えば硼素Ｂ、アルミニク砧１１ガリウム
Ｇａ、インジウムＩｎ、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−８ｉをｎ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。

゛また障壁層２を構成するａ−８１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υ、障壁層を高抵抗とすることができる。

障壁層２の厚みは、１００Ｘ〜１０μｍが好ましい〇 障壁層２の上に形成される光導電層３は、ａ−８ｉ：Ｈ
又は微結晶シリコンによシ構成することができる。

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
混合相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
にある結晶回折パターンを示し、ハローのみが現れる無
定形のａ−８３から明確に区別される。

第二に、μｃ−８７の暗抵抗は１ｏ１６Ω・α以上に調
整することができ、暗抵抗が１ｆΩ・口のポリクリスタ
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を構成するりａ−８１：Ｈお
よびμｃ−８ｉ：Ｈにおける水素の含有量は、０．０１
〜３０原子％が好ましく、１〜２５原子％がよシ好まし
い。このような水素の含有量により、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。

ａ−８ｔ−Ｈをグロー放電分解法によシ成膜するには、
原料としてＳｉＨ４及びＳｉ、Ｈ，等のシラン類ガスを
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、ＳｉＦ４ガス及び５ｉ
Ｃ１４ガス等のノ）ログ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１−８ｉ：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
物理的な方法によつてもこれ吟の薄層を形成することが
できる。

μｃ−８１層も、ａ−８ｉ：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、支持体の温度をａ−８１：
Ｈを形成する場合よ）も高く設定し、高周波電力もａ　
−Ｓ　ｉ　ａ　Ｈの場合よりも高く設定すると、μｃ　
−Ｓ　ｉ　＊　Ｈを形成しやすくなる。また、支持体温
度及び高周波電力を高くすることによシ、シランガスな
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
８ｉＨ４及びＳ　ｉ、Ｈ・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シ、μｃ−８４：Ｈ
を一層高効率で形成することができる。

光導を層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−８ｔ：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３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を設けることによシ、光導電層
３が損傷から保護される。さらに、表面層を形成するこ
とにょシ、帯電能が向上し、表面に電荷がよくのるよう
になる０表面層を形成する材料としては、ａ−８４：Ｈ
，ａ−８ｉ：Ｈ，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
留電位が高ぐな〕、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、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倍と長込。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、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
〇 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、ガスボンベ２１，２２，２３，
２イには、例えば夫々８　ｉ　Ｈ４＠　ＪＨ６＠　ＣＨ
４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２７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υ、該圧力計２５を監視
しつつパルプ２６を調整することによシ混白画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３１には、回転軸３０が鉛直方向
の回ルに回転可能に取付けられている０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
直にして固定金れている。、ｆｆ囚容器２９内には、円
筒状のｔｉ３３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が設置されて訃シ、電極３３およびドラム基体３
４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によシ回転駆動される。反応容器２
９内の圧力は圧力計３７によシ監視され、反応容器２９
はゲートパルプ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、ダートパルプ
３９を開にして反応容器２９内を約０、ＩＴｏｒｒの圧
力以下に排気する。次いで、ボンベ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。

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１．０Ｔｏｒｒ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ｓ５Ｉ／ｃよシトラム基体
３４を一定湿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−８ｉ：　Ｈ！ａ−８ｉ：Ｈが堆
積する。なお、原料ガス中にＮ、Ｏ、ＮＨ，、Ｎｏ、　
、　Ｎ、　、　ＣＨ，。

Ｃ，Ｈ４，Ｏ□ガス等を使用することによｊり、Ｃ，０
、Ｎｔ−μｃ−８ｉ：Ｈやａ−８ｉ　：　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
理及びサンドブラスト処理を施した直径が８ｏｎ１幅が
３５０１１ｎ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１０−１トルの真空度に排気し
た。ドラム基体を２５０″ＣＫ加熱し、１０　ｒｐｍで
自転させつつ、８ｉＨ，ガスを５００８ＣＣＭ％Ｂ、Ｈ
，ガスを８ｉＨ，ガスに対する流量比で１０−”、Ｈ，
ガスを３００８ｃｃＭ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、３５
０Ｗ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塑のａ−８ｉ：Ｈ膜を５０大形成した。

次いで、Ｂ、Ｈ，ガスの流量を３　ｉ　Ｈ４ガスに対す
る流量比で１０−４として、５ｏＸｏｐ型ａ−８ｉ：Ｈ
薄膜を形成した。このような操作を繰返して、５０層づ
つの、ｐ型ａ−８ｉ：Ｈ薄膜からなる２０００＾の超格
子構造の障壁層を形成した。

次ＫＳｉＨ，，ｆスを５００　Ｓ　ＣＣＭｓ　Ｂ２Ｈ６
カスをＳＩＨ，ガスに対する流量比が１０−６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３０層ｍのｉ型ａ
−８ｉ：Ｈ光導電層を形成した。

最後に、０．１μｍの厚さのａ−８ｉＣ：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［ｆｆｉ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、キャリアの寿命
が高く、高い走行性が得られた。これによシ、鮮明で高
品質の画像が得られた。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シ、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 障壁層をＮ型ａ−８ｉ：Ｈ薄膜の超格子構造にょシ構成
したことを除き、試験例１と同様の方法で電子写真感光
体を製造した。即ち、試験列１におけるＢ、Ｈ，ガスの
代わりにＰＨ，、ｙスをＳｉＨ４ガスに対する流量比で
５　Ｘ　１０−”という流量で導入し、反応室内の圧力
をＩ　Ｔｏｒｒとし、３５０Ｗの高周波電力を印加して
、５０＾のＮを暑−８ｉ：Ｈ＠膜を形成した。次いで、
ＰＨ，ガスをＳｉＨ４ガスに対する流量比で１（ｆ’−
’という流量で導入し、同様に５０ＸのＮ型ａ−８ｉ：
Ｈ薄膜を形成した。このような操作を繰返して２０００
Ｘの超格子構造の障壁層を形成した。

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石しても良く、要するに、光
学的バンドキャッ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、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Ｋ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。

【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・・・障壁層、３・・・光導
電層、４・・・表面層〇 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦Ｎ　１因 第　２囚

Claims (7)

【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、少なくとも
   一方が伝導型を支配する原子を含む２種類の非晶質シリ
   コン薄膜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３０〜５００Åであることを特徴とする電子
   写真感光体。
2. （２）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項記載の電
   子写真感光体。
3. （３）前記障壁層は、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項又は２項記載の電子写真感光体。
4. （４）前記光導電層は、非晶質材料および／または少な
   くとも一部が微結晶化した半導体材料からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１〜３項のうちのいずれか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１〜４項のうちのい
   ずれか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１〜５項のうちのいずれか１項記載の電子写真感光体
   。
7. （７）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１〜６項のうちのいずれか１項記
   載の電子写真感光体。