DE3525357A1

DE3525357A1 - Lichtempfindliches element

Info

Publication number: DE3525357A1
Application number: DE19853525357
Authority: DE
Inventors: Isao Toyonaka Osaka Doi; Toshiya Amagasaki Hyogo Natsuhara; Izumi Ikeda Osaka Osawa
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1984-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1986-01-23
Also published as: US4681825A; JPS6126053A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft lichtempfindliche Elemente, insbesondere lichtempflindliche Elemente aus amorphen Silizium: Germanium.

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Amorphes Silizium: Germanium (im nachfolgenden a-Si:Ge abgekürzt) wird wegen seiner hohen Empfindlichkeit für langwelliges Licht in der Zukunft als ein lichtempfindliches Element für Printer, die Halbleiterlaser verwenden, zu erwarten sein. Da seine Empfindlichkeit gegenüber kurzwelligem Licht nicht beeinträchtigt ist, kann es auch für Einfachpapier-kopiergeräte (im nachfolgenden PPC abgekürzt) verwendet werden, indem das Emissionsspektrum der Belichtungslampen geregelt wird. Infolge der guten Absorption von langwelligem Licht hat a-Si:Ge auch die ausgezeichnete Eigenschaft, daß nur eine geringe Störung der Bilder durch LichtLnter-

ferenz eintritt, die bei den herkömmlichen lichtempflindlichen Elementen aus amorphem Silizium (a-Si) häufig auftritt. Wegen dieser Eigenschaften wurden viele Untersuchungen über die Anwendung von a-Si:Ge bei lichtempfindlichen Elementen durchgeführt.

Beispielsweise ist durch die JP-PA 171038/1983 eine Technik bekannt, bei der a-Si:Ge über den ganzen Bereich der lichtempfindlichen Schicht verwendet wird, durch die US-PS 44 90 eine Technik, bei der a-Si:Ge in einer Schicht verwendet wird, die die Oberflächenschicht und/oder das Substrat des lichtempfindlichen Elementes direkt berührt (siehe auch JP-PA 150753/1981). Jede dieser bekannten Techniken unterscheidet sich jedoch von der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anwendung von a-Si:Ge. Beispielsweise beschreibt die JP-PA 171038/1983 die Ausbildung einer a-Si:Ge-Schicht über den ganzen Bereich der lichtempfindlichen Schicht, a-Si:Ge hat jedoch die Eigenart, daß es einen kleinen μττ (Trägerweglänge ) und eine niedrige Trägerteilchen-Aufnahmeeffizienz hat. Wenn daher a-Si:Ge über den gesamten Bereich der lichtempfindlichen Schicht verwendet wird, werden die erzeugten Trägerteilchen durch die a-Si:Ge-Schicht angesammelt, wodurch nicht nur eine Verringerung der Empfindlichkeit, sondern auch eine Lichtermüdung und ein Restpotential erzeugt werden.

Wie weiterhin aus der US-PS 44 90 450 und JP-PA 150753/1983 bekannt

wird, wenn die a-Si:Ge-Schicht als Basis der lichtempfindlichen Schicht verwendet worden ist, das Eindringen von Trägerteilchen in die Basis leicht, da a-Si:Ge leicht thermisch angeregte Trägerteilchen erzeugt, was zu einer Verringerung des Ladungsvermögens führt. Wenn nebenbei gesagt, die Dicke der a-Si:Ge-Schicht groß gemacht wird, um die Interferenzmuster zu beseitigen, die von Printern erzeugt werden, welche einen Halbleiterlaserstrahl oder langwelliges, kohärentes Licht als Lichtquelle verwenden, werden die in der Nähe der Basis präsenten Trägerteilchen durch die a-Si:Ge-Schicht gesammelt und bewirken eine Verringerung der Empfindlichkeit und erzeugen eine Lichtermüdung und ein Restpotential.

Wenn, wie weiterhin aus der JP-PA 150753/1981 bekannt, die a-Si:Ge-Schicht an der Außenfläche des lichtempfindlichen Elementes angeordnet ist, können durch kurzwelliges Licht angeregte Trägerteilchen nicht aus der Schicht wandern,und fehlen bei der Verteilung der Empfindlichkeit. Wenn die Dicke der a-Si:Ge-Schicht groß gemacht worden ist, um die Lichtinterferenz zu unterbinden, werden die Trägerteilchen in der Schicht gesammelt. Auch a-Si:Ge erzeugt eine große Anzahl von thermisch angeregten Trägerteilchen, die ein Eindringen von Ladungen von der Oberfläche bewirken und dies senkt offensichtlich das Ladungsvermögen.

Aus diesem Grund werden bei den vorstehenden, herkömmlichen Techniken die ausgezeichneten Eigenschaften von a-Si:Ge

nicht bestmöglich ausgenutzt.

Auf der anderen Seite ist durch die JP-PA 154850/1983 ein Beispiel für eine Dreifachschicht aus a-Si:Ge bekannt, die das lichtempfindliche Element bildet, dessen Lichtempfindlichkeit sich in den langwelligen Bereich erstreckt. Die Aufgabe dieses lichtempfindlichen Elementes ist es jedoch, den spezifischen Widerstand und die Leitfähigkeit zu steuern. Diese Patentanmeldung bezieht sich nicht auf die Auswahl der Position von a-Si:Ge zur Lösung der Probleme, die bei der Verwendung von a-Si:Ge aufgeworfen werden, d.h. einer Verringerung der Ladungshalteeffizienz,begleitet von einer Verringerung der Empfindlichkeit und Erzeugen einer Lichtermüdung und eines Restpotentials.

Wegen der hohen Empfindlichkeit gegenüber langwelligem Licht (beispielsweise 780 nm) ist a-Si:Ge nicht nur für lichtempfindliche Elemente für Printer, die Halbleiterlaserstrahlen verwenden, nützlich, sondern es kann auch bei PPC durch Regeln des Emissionsspektrums der Belichtungslampen verwendet werden, da es auch eine Empfindlichkeit im kurzwelligen Lichtbereich hat. Da jedoch a-Si:Ge leicht thermisch angeregte Trägerteilchen erzeugt und eine niedrige Trägerhalteeffizienz hat, treten leicht Probleme, wie eine Verringerung der Empfindlichkeit und Erzeugung von Lichtermüdung und Restpotential auf,

so daß die vorstehenden Eigenschaften von a-Si:Ge nicht voll ausgenützt werden können. Um diese vorstehenden Probleme zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein lichtempfindliches Element, bestehend aus einer Schicht, die im wesentlichen aus amorphem Silizium besteht, einer Schicht, die im wesentlichen aus amorphem Silizium:Germanium besteht und einer Schicht, bestehend aus im wesentlichen amorphem Silizium, die in dieser Reihenfolge auf einem elektrisch leitfähigen Substrat aufgebracht sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schicht, die im wesentlichen aus amorphem Silizium:Germanium besteht, an einer Stelle liegt, die zur Oberfläche des Substrates einen Abstand von 20 - 80 % der Gesamtdicke der drei Schichten aufweist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden lichtempfindliche Elemente geschaffen, bei denen die Eigenschaften von a-Si:Ge voll ausgenützt werden, indem die vorstehend beschriebenen Nachteile von a-Si:Ge beseitigt wurden.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein lichtempfindliches Element gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Glimmentladungs-Zerstäubungsapparat zur Herstellung des lichtempfindlichen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwisehen der Wellenlänge und der Empfindlichkeit des vorliegenden und der herkömmlichen lichtempfindlichen Elemente aus a-Si:Ge;

Fig. 4 und 5 grafische Darstellungen der Beziehung zwischen der Position der a-Si:Ge-Schicht in Bezug zum Substrat und der Ladungsakzeptanz;

Fig. 6 und 7 grafische Darstellungen der Beziehung zwischen der Position der a-Si:Ge-Schicht in Bezug zum Substrat und dem Restpotential;

Fig. 8 eine grafische Darstellung der Position von dx²,der Auswertung der Ladungsakzeptanz und Eignung für die Verwendung von Laserstrahlen, die jeweils bei Proben gemessen wurden,die beim Versuchsbeispiel 4 erhalten wurden;

Fig. 9 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dx² und der Ladungsakzeptanz; und

Fig. 10 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen

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auf der einen Seite dx² und auf der anderen Seite der Potentialdifferenz (dv) zwischen den hellen und dunklen Teilen, die durch Interferenz hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ein lichtempfindliches Element bestehend aus einer Schicht, die im wesentlichen aus amorphem Silizium besteht, einer Schicht, die im wesentlichen aus amorphem Silizium!Germanium besteht und einer Schicht, die im wesentlichen aus amorphem Silizium besteht, die in dieser Reihenfolge auf einem elektrisch leitfähigen Substrat aufgebracht sind, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schicht, welche im wesentlichen aus amorphem Silizium!Germanium besteht, an einer Position im Abstand von 20 - 80 % der Gesamtdicke der drei Schichten zur Oberfläche der Substratbasis liegt.

Die typische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Fig. 1 dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Substrat 1 , eine Schicht 2 im

wesentlichen aus amorphem Silizium (im nachfolgenden als a-Si-Schicht bezeichnet), eine Schicht 3 im wesentlichen aus amorphem Silizium'.Germanium (im nachfolgenden als a-Si:Ge-Schicht bezeichnet) und eine a-Si-Schicht 4. Die gestrichelten Linien in der Fig. 1 zeigen den Bereich von 20 - 80 % an, innerhalb dessen die a-Si!GeSchicht 2 positioniert ist, und dieser Bereich von 20 - 80 % ist,basierend auf der Gesamtdicke der drei Schichten 2,3 und 4,

als Abstand zur Oberfläche des Substrates 1 berechnet.

Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Grund dafür, warum die a-Si:Ge-Schicht zwischen den a-Si-Schichten angeordnet ist, der, daß ein Wandern der in der a-Si:Ge-Schicht erzeugten Trägerteilchen in beide, die obere und untere Schicht, erleichtert werden soll, wodurch ein Sammeln der Trägerteilchen in der a-Si:Ge-Schicht erschwert wird. Wie vorstehend beschrieben, hat a-Si:Ge einen kleinen μττ.υηα das in der a-Si :Ge-Schicht erzeugte Trägerteilchen hat eine niedrige Wanderungsgeschwindigkeit, und daher sollte die Dicke der a-Si:Ge-Schicht nicht groß ausgeführt werden. Insbesondere wenn die a-Si:Ge-Schicht die äußerste Schicht berührt, wie dies beim bekannten Stand der Technik der Fall ist, kann das Trägerteilchen nur in eine Richtung wandern und leistet keinen Beitrag zur Empfindlichkeit. Das Eindringen von Ladungen von der Oberfläche wird ebenfalls einfach und bewirkt eine Verringerung des Ladungsvermögens. Wenn andererseits die a-Si:GeSchicht in der Nähe oder in Berührung mit dem Substrat angeordnet ist, sammeln sich die in der unteren Schicht erzeugten Trägerteilchen in der a-Si:Ge-Schicht, bevor sie in die obere a-Si-Schicht wandern. Ein Eindringen von Ladungen aus dem Substrat wird ebenfalls einfach, und senkt das Ladungsvermögen ab.

Bei der vorliegenden Erfindung können durch die Schichtung der a-Si:Ge-Schicht zwischen den a-Si-Schichten die in der a-Si:Ge-Schicht erzeugten Trägerteilchen in beide a-Si-Schichten wandern, so daß die Anzahl der angesammelten Trägerteilchen klein wird. Daraus folgt, daß die Dicke der a-Si:Ge-Schicht groß ausgeführt werden kann und die Lichtinterferenz verhindert werden kann. Auch das Eindringen von Ladungen aus der Oberflächenschicht und dem Substrat wird unterbunden, so daß die Verringerung des Ladungsvermögens verhindert werden kann.

Bei der vorliegenden Erfindung liegt die a-Si:Ge-Schicht innerhalb des Bereiches,der vom elektrisch leitfähigen Substrat ausgesehen,zwischen 20 - 80 %, vorzugsweise 30 - 70 % der Gesamtdicke der Schichten liegt. Wenn der Abstand der Schicht zum Substrat weniger als 20 % der Gesamtdicke beträgt, wird das Eindringen von Ladungen leicht, das Ladungsvermögen wird abgesenkt und nebenbei wird der Anteil der erzeugten Trägerteilchen an der Empfindlichkeit schwach. Wenn die Schicht über einen Abstand zum Substrat von 80 % der Gesamtdicke hinausgeht, d.h. ihr Abstand zur Oberflächenschicht weniger als 20 % der Gesamtdicke beträgt, treten Probleme beim Ladungsvermögen und der Empfindlichkeit auf.

Die Dicke der a-Si:Ge-Schicht beträgt vorzugsweise 100 A bis 20 μΐη. Wenn die Dicke weniger als 100 A ist, sinkt die

Empfindlichkeit im langwelligen Lichtbereich basierend auf dem a-Si:Ge ab, so daß die Anwendung bei Laserprintern (im nachfolgenden LBP abgekürzt) unmöglich wird. Wenn sie größer als 20 |j.m beträgt, tritt leicht Lichtermüdung auf und das Restpotential neigt dazu anzusteigen.

Die Ge-Atomkonzentration in der a-Si:Ge-Schicht liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 70 Atom % (im nachfolgenden als at% abgekürzt), vorzugsweise 8 bis 50 at%, basierend auf der Gesamtanzahl der Si- und Ge-Atome. Wenn die Ge-Atomkonzentration klein ist, kann die Dicke der Schicht groß sein.

Eine Beziehung zwischen der Dicke der a-Si:Ge-Schicht 3₍ repräsentiert durch a-Si^₁ ,:Ge H (x = Anzahl der Ge-

V J--X / X

Atome ausgedrückt durch das Verhältnis von Ge/Si+Ge) und der Ge-Konzentration x genügt der folgenden Gleichung

0,07 ä dx² = 0,90.

2
Wenn dx kleiner als 0,07 ist, treten leicht Probleme

2 infolge von Lichtinterferenz auf und wenn dx größer als 0,90 ist, sinkt das Ladungsvermögen. Im allgemeinen wird

dx vorzugsweise nicht größer als 0,90 sein, da das Ladungsvermögen vorzugsweise nicht weniger als 17V/μπι sein soll. Wie aus der vorstehenden Gleichung hervorgeht, der

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die a-Si:Ge-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung genügen muß, ist die Dicke d im allgemeinen groß, wenn χ
klein ist oder umgekehrt. Ein großer Ge-Gehalt erfordert eine geringere Dicke der Schicht 3, während ein kleiner
Ge-Gehalt eine größere Dicke erforderlich macht.

Die Lichtcharakteristiken der a-Si:Ge-Schicht können
durch Zusetzen von anderen Elementen wie beispielsweise
Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff etc. verbessert werden. Der Zusatz von Sauerstoff bewirkt eine Verbesserung des Ladungsvermogens und Verringerung der Lichtermüdung. Die Sauerstoffmenge beträgt vorzugsweise 0,01 bis 5 at%
bezogen auf die Anzahl der Si-Atome.

Die Polarität der a-Si- und a-Si:Ge-Schichten 2, 3 und 4 kann durch Dotieren eines Atomes aus der Gruppe III oder V des periodischen Systems geregelt werden. Bei den Atomen aus der Gruppe III werden die Atome der Gruppe IIIA, insbesondere Bor bevorzugt. Als ein Atom der Gruppe V
wird ein Atom der Gruppe VA, insbesondere Phosphor bevorzugt .

Der Gehalt der Atome der Gruppe III, der in jeder Schicht dotiert sein kann, beträgt vorzugsweise nicht mehr als
200 ppm, vorzugsweise 3 bis 100 ppm bezogen auf die Menge der Si-Atome. Der Gehalt der dotierten Atome der Gruppe V sollte nicht mehr als 50 ppm, vorzugsweise 1 bis 20 ppm betragen.

Wenn das lichtempflindliche Element in einem positiv geladenen Zustand verwendet wird, ist der Gehalt an Atomen der Gruppe III an der Substratseite (d.h. der a-Si-Schicht 2) vorzugsweise hoch und an der Oberflächenseite gering. Auch die Oberflächenschicht (d.h. die a-Si-Schicht 4) kann N-leitend sein und die Substratseite kann P-leitend sein. a-Si und a-Si:Ge selbst sind N-leitend, es können jedoch kleine Mengen der Atome der Gruppe V (beispielsweise Phosphor) zugesetzt sein, um sie stärker N-leitend zu machen. Auf diese Weise wandern die in der a-Si:GeSchicht 3 erzeugten Elektronen durch die obere a-Si-Schicht 4, um die Oberflächenladungen zu neutralisieren und Leerstellen wandern durch die untere a-Si-Schicht 4, ohne daß sie sich ansammeln. Weiterhin wird wirkungsvoll ein Eindringen von positiven Ladungen von der Oberfläche der a-Si-Schicht 4 und negativen Ladungen vom Substrat 1 verhindert .

Wenn das lichtempfindliche Element in einem negativ geladenen Zustand verwendet wird, ist der Gehalt an Atomen der Gruppe III an der Substratseite vorzugsweise schwach und an der Oberflächenschicht reich auszubilden. Durch Dotierung der Atome der Gruppe V an der Substratseite kann die Oberflächenschicht ebenfalls P-leitend gemacht werden und die Substratseite kann N-leitend sein.

Wenn ein derartiger Aufbau genommen wird, ist der rück-

wärtsgerichtete Vorspannungseffekt der lichtempfindlichen Elemente bei ladungsinduzierter Polarität begünstigt und als ein Ergebnis können Wirkungen erzielt werden, die das Ladungsvermögen verbessern und das Restpotential verringern.

Bei dem lichtempfindlichen Element gemäß der vorliegenden Erfindung liegen die a-Si-Schichten 2 und 4 an der oberen und unteren Seite der a-Si:Ge-Schicht. Bei dieser Anordnung wird die Wanderung der in der a-Si:Ge-Schicht erzeugten Trägerteilchen einfach und ein Eindringen von Ladungen sowohl an der Oberfläche als auch am Substrat wird verhindert, wodurch das Ladungsvermögen verbessert wird.

Die Dicke jeder a-Si-Schicht beträgt 1 bis 50 μm,vorzugsweise 5 bis 30 μπι^βηη sie geringer als 1 μπι ist, wird die Unterbindungswirkung für das Eindringen von Ladungen zum Zeitpunkt der Ladung schwächer, und bewirkt eine Verringerung des Ladungsvermögens. Wenn sie größer als 50μπι ist, treten umgekehrte Wirkungen ein, daß der Wanderungsabstand der Trägerteilchen so lang wird, daß die Gelegenheit zum Ansammeln der Trägerteilchen steigt und daher ein Anstieg des Restpotentials verursacht wird.

Weiterhin können in den a-Si-Schichten Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff etc. enthalten sein. Der Kohlenstoffgehalt in der a-Si-Oberflächenschicht 4 führt zu einer

Verbesserung des Feuchtigkeitswiderstandes der Oberfläche sowie zu einer Verbesserung der prozentualen Ladungsrückhaltekraft und Lichtbeständigkeit. Der Kohlenstoffgehalt sollte nicht weniger als 35 at%.insbesondere nicht weniger als 50 at% bezogen auf die Gesamtmenge der Si- und C-Atome betragen.

Sauerstoff- und Stickstoff dienen insbesondere dazu,
den Dunkelwiderstand zu verbessern, und die Lichtermüdung zu verringern. Insbesondere ist ein Gehalt an viel Sauerstoff in der a-Si-Schicht 2, die das Substrat berührt, wirkungsvoll, um das Eindringen von Ladungen am Substrat zu verhindern und das Ladungsvermögen des lichtempfindlichen Elementes zu verbessern. Der Sauerstoffgehalt beträgt 0,05 bis 5 at%, vorzugsweise 0,1 bis 2 at% bezogen auf die Anzahl der Si-Atome.

Das lichtempflindliche Element gemäß der vorliegenden
Erfindung kann durch herkömmliche Verfahren wie beispielsweise wie im folgenden beschrieben, hergestellt werden: Auf einem Substrat (Aluminium) wird durch Anlegen einer Glimmentladung an ein Gasgemisch bestehend aus SiH₄, Si₂Hg geeigneten Trägergasen (beispielsweise H₂, Ar) und erforderlichen unterschiedlichen Atomen eine a-Si-Schicht aufgebracht; dann wird auf der a-Si-Schicht eine a-Si:GeSchicht durch Anlegen einer Glimmentladung an ein Gasgemisch bestehend aus SiH₄, GeH₄ und verschiedenen Atomen

aufgebracht; und entsprechend wird auch auf der a-Si:GeSchicht eine a-Si-Schicht aufgebracht.

Bei dem lichtempfindlichen Element gemäß der vorliegenden Erfindung liegt die a-Si:Ge-Schicht 3 zwischen den Schichten 2 und 4, die im wesentlichen aus a-Si bestehen. Als ein Ergebnis wird der Wanderungsabstand kurz und vermindert die Möglichkeit des Ansammeins von Trägerteilchen in der a-Si:Ge-Schicht, da die in der a-Si:GeSchicht erzeugten Trägerteilchen leicht entweder an die obere oder untere a-Si:Ge-Schicht wandern können. Als ein Ergebnis kann eine Verringerung des Restpotentials erzielt werden. Auch das Eindringen von Ladungen wird unterbunden und das Ladungsvermögen wird verbessert, da die a-Si-Schicht zwischen der a-Si:Ge-Schicht und entweder dem Substrat oder der Oberfläche liegt. Eine weitere Verbesserung des Ladungsvermögens kann durch den Zusatz von Bor und Phosphor in der a-Si-Schicht erzielt werden, um dieser eine rückwärtsgerichtete Vorspannung zu verleihen. Da die a-Si:Ge-Schicht, die eine starke Neigung zum ansammeln von Trägerteilchen hat, nicht in der Nähe der Oberflächenschicht und des Substrates liegt, wird auch die Wanderung der Trägerteilchen in die oberen und unteren Schichten nicht behindert. Hieraus folgt eine bemerkenswerte Verbesserung der Empfindlichkeit.

Nehenbei können die von der Lichtinterferenz herrührenden

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schlechten Wirkungen sowie das Ladungsvermögen durch Einstellen von dx² der a-Si:Ge-Schicht innerhalb eines Bereiches von 0,07 bis 0,90 verbessert werden.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der folgenden Versuchsbeispiele erläutert.

Versuchsbeispiel 1

Stufe (1):

In einem Zerstäubungsapparat mit Glimmentladung gemäß Fig. 2 wird das Innere des Reaktors 22 durch Betätigen einer Rotationspumpe 20 und danach einer Diffu-

-6 sionspumpe 21 auf ein Hochvakuum von ungefähr 10 Torr evakuiert. Durch Öffnen von ersten bis dritten und fünften Steuerventilen 10, 11, 12 und 14 wird aus dem ersten Tank 5 H₂-GaS, aus dem zweiten Tank 6 100% SiH₄-Gas, aus dem dritten Tank 7 mit H„ auf 200 ppm verdünntes BpHg-Gas und aus dem fünften Tank 9 Op-Gas in die jeweiligen Mengenstromregler 15, 16, 17 und 19 mit einem Ausgangsdruck von 1 kg/cm² geleitet. Dann werden die Strömungsmengen von H₂, SiH₄, B₂Hg/H₂ und O₂-GaS

jeweils auf 482 sccm (Standardkubik cm/min), 100 sccm, 17 sccm und 1,0 sccm durch Justieren der Skalen der jeweiligen Mengenstromregler eingestellt und jedes Gas wird dem Reaktor 22 zugeführt. Nachdem die Strömungsgeschwindigkeit jedes Gases sich stabilisiert hat, wird der Innendruck des Reaktors 22 auf 1,0 Torr eingestellt.

Unabhängig davon wird eine Aluminiumtrommel mit 80mm Durchmesser, ein elektrisch leitfähiges Substrat 23_t im Reaktor 22 nach und nach auf 250 ⁰C erhitzt. Zu dem Zeitpunkt, bei dem sich sowohl die Strömungsrate jeden Gases als auch der Innendruck stabilisiert haben, wird eine Hochfrequenzstromquelle 24 eingeschaltet und an die Elektroden 25 wird ein Strom von 250 Watt(Frequenz 13,56 MHz) angelegt, um eine Glimmentladung zu erzeugen. Diese Glimmentladung wird für 5,5 Std durchgeführt, um auf dem elektrisch leitfähigen Substrat 23 (1 in Fig. 1) eine ungefähr 14 μΐη dicke photoleitfähige Schicht 2 aus a-Si mit einem Zusatz von Wasserstoff, Bor und einer Spur Sauerstoff auszubilden.

Stufe (2:)

Zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausbildung der photoleitfähigen Schicht aus a-Si beendet ist, wird das Anlegen des Stromes von der Hochfrequenzstromquelle 24 unterbrochen und gleichzeitig wird die Strömungsmenge jedes Mengenstromreglers auf Null gestellt, und der Reaktor 22 wird gründlich entgast.Danach werden dem Reaktor aus dem ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Tank 5, 6, 7, 8 und 9 jeweils 474 seem H₂-GaS, 100 sccm 100% SiH.-Gas,5sccm durch H« auf 200 ppm verdünntes BpH_fi-Gas, 20sccm GeH.-Gas und 1,0 sccm Op-Gas zugeführt. Nach dem Einstellen des Innendruckes auf 1,0 Torr wird die Hochfrequenzstromquelle eingeschaltet, um einen Strom von 250 Wat an-

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zulegen. Die Glimmentladung wird für 70 min durchgeführt, um eine a-Si:Ge-Schicht 3 von ungefähr 3 μίτι Dicke aufzubringen. Der Germaniumgehalt beträgt zu diesem Zeitpunkt ungefähr 30 at%.

Stufe (3):

Der Vorgang wird auf die gleiche Art und Weise wie bei der Stufe 1 durchgeführt, mit Ausnahme, daß die Strömungsmenge des Hp-Gases und des durch Hp auf 200 ppm verdünnten BpH_fi-Gases auf 494 sccm und 5 sccm eingestellt worden ist, um eine a-Si-Schicht 4 aufzubringen. Die Dicke der a-Si-Schicht ist auf 13μΐη festgelegt.

Das so erhaltene lichtempfindliche Element wird in ein xerographisches Kopiergerät (EP 650Z der Firma Minolta) eingesetzt und zum Kopieren mit positiv geladenem Zustand verwendet. Als ein Ergebnis wurden klare und sehr dichte Bilder erhalten, die bezüglich des Auflösungsvermögens ausgezeichnet und bezüglich der Reproduzierbarkeit von Abstufungen gut waren. Ein fortgesetzter Kopiervorgang wurde 50.000 Mal durchgeführt, aber eine Verminderung der Bildeigenschaften wurde nicht beobachtet und es wurden bis zum Schluß gute Kopien erhalten. Weiterhin wurde der Kopiervorgang unter hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit wie beispielsweise 30 ⁰C und 85% durchgeführt, die elektrophotographischen Eigenschaften und Bildeigenschaften haben sich jedoch nicht

von denen unter Raumtemperaturbedingungen unterschieden.

Vergleichsbeispiel 1

Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 wurde ein lichtempfindliches Element mit einer 26μπι dicken a-Si-Schicht 2, einer 3 μΐη dicken a-Si :Ge-Schicht 3 und einer 1 μπι dicken a-Si-Schicht 4 hergestellt.

Vergleichsbeispiel 2

Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 wurde ein lichtempfindliches Element mit einer 1 μπι dicken a-Si-Schicht 2, einer 3 μπι dicken a-Si :Ge-Schicht 3 und einer 26 μπι dicken a-Si-Schicht 4 hergestellt.

Die bei dem vorstehenden Versuchsbeispiel und den Vergleichs beispielen erhaltenen lichtempfindlichen Elemente wurden mit 600 V geladen und es wurde das Restpotential zu dem Zeitpunkt gemessen, bei dem die Ladung unter Verwendung einer weißen Fluoreszenzlampe (58 Lux:see) gelöscht worden ist. Das Ergebnis ist in der Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

	Beispiel 1	Versuchs beispiel 1	Versuchs beispiel 2
Rest potential (V)	5	120	20

Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, ist das Restpotential des lichtempfindlichen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung sehr niedrig.

Vergleichsbeispiel 3

Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 mit Ausnahme, daß die Stufen (2) und (3) weggelassen wurden und die Dicke der a-Si-Schicht 2 in der Stufe (1) mit 30μΐη ausgeführt wurde, wurde ein lichtempfindliches Element hergestellt.

Vergleichsbeispiel 4

Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 mit Ausnahme, daß die Stufe (3) weggelassen worden ist und die Dicke der a-Si-Schicht 2 mit 27 μπι ausgeführt wurde, wurde ein lichtempfindliches Element hergestellt.

Vergleichsbeispiel 5

Auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 mit Ausnahme, daß die Stufe (1) weggelassen worden ist und die Dicke der a-Si-Schicht 4, 27 μπι betrug,wurde ein lichtempfindliches Element hergestellt. An die lichtempfindlichen Elemente, die beim Versuchsbeispiel 1 und in den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 erhalten wurden, wurde eine Koronaentladung von 600 V angelegt und dann wurde die spektrale Empfindlichkeit gemessen und das in der Fig. 3 gezeigte Ergebnis erhalten. In der Fig. zeigen die Kur-

- SQ,

von A, B, C und D die jeweils bei den lichtempfindlichen Elementen gemäß dem Versuchsbeispiel 1 und den Vergleichsbespielen 3, 4 und 5 erhaltenen Ergebnisse. An der Abszisse ist die Wellenlänge (nm) und an der Ordinate die Empfindlichkeit (scm/erg) angegeben. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, hat das lichtempfindliche Element gemäß der vorliegenden Erfindung im langwelligen Lichtbereich eine hohe Empfindlichkeit und nebenbei wird seine Empfindlichkeit im kurzwelligen Lichtbereich nicht zerstört. Daraus folgt, daß es sowohl für LBP als auch für PPC verwendet werden kann.

Unter Verwendung des lichtempfindlichen Elementes, welches beim Versuchsbeispiel 1 erhalten worden ist, wurde ein praktischer Kopiervorgang auf LBP mit einem Halbleiterlaser als Lichtquelle für 789 nm durchgeführt und als ein Ergebnis wurde herausgefunden, daß selbst bei Hochgeschwindigkeitsdruckem klare und sehr gute Bilder erhalten wurden und der herkömmlich zu beobachtende Dichteunterschied an Bildern, basierend auf dem Interferenz-Phänomen überhaupt nicht erzeugt wurde. Der praktische Kopiervorgang wurde auch auf PPC durchgeführt und es wurde herausgefunden, daß klare und sehr gute Bilder erhalten wurden.

Versuchsbeispiel 2

Es wurden lichtempfindliche Elemente mit einem Aufbau, wie er in der Tabelle 2 gezeigt wird auf die gleiche Art und

Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 hergestellt und es wurde wie üblich das Ladungsvermögen (Ladungsakzeptanz in V/μΐη) jedes Beispieles gemessen. Die Ergebnisse sind in den Figuren 4 und 5 dargestellt. Daraufhin wurden lichtempfindliche Elemente mit 50 at% Ge hergestellt, indem die Strömungsmenge von GeH₄-GaS in der Stufe (2) auf 30 sccm eingestellt wurde. In der Tabelle sind die Dickenangaben von 18 bis 22 und 28 bis 32 die Gesamtdicke der drei Schichten 2, 3 und 4. Auch der Abstand wurde zur Oberfläche des Substrates 1 gemessen.

Tabelle 2

	Dicke der drei Schichten ^J (μΐη)	Ge (at%)	Abstand zum _vSub- strat_(%)	d (pm)	dx²
	18-22	30	0-15 0-20 30-45 50-60 90-95	3 4 3 2 1	0.27 0.36 0.27 0.18 0.09
Probe	28-32	50	18-25 70-76 70-90 95-100	1.4 1.2 4 1	0.35 0.3 1.0 0.25
1 2 3 4 5. 6 7 8 9	30	0-15 0-5 5-25 10-30 20-35 35-40* 40-55 45-50 50-60 60-75 70-90 85-100 90-100 95-100	4.5 1.5 6 6 4.5 1.5 4.5 1.5 3.0 4.5 6 4.5 3.0 1.5	0.405 0.135 0.54 0.54 0.405 0.135 0.405 0.135 0.27 0.405 0.54 0.405 0.27 0.135
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	50	0-5 0-10 17-24 32-37 50-54 70-100 95-100	1.5 3.0 2.1 1.5 1.2 9.0 1.5	0.375 0.75 0.525 0.375 0.3 2.25 0.375

Versuchsbeispiel 3

Das Restpotential der lichtempfindlichen Elemente, der Proben 1 bis 30, die beim Versuchsbeispiel 2 hergestellt

worden sind wurde wie üblich gemessen. Die Ergebnisse sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt.

Wie aus den Figuren 4 und 7 zu ersehen ist, sollte die a-Si:Ge-Schicht des lichtempfindlichen Elementes in einem Bereich von 20 bis 80 % der Dicke des lichtempfindlichen Elementes liegen, um eine hohe Ladungsakzeptanz und ein niedriges Restpotential zu erhalten.

Versuchsbeispiel 4

Unter Verwendung der Bedingungen zum Aufbringen der Schicht gemäß der Tabelle 3 wurden lichtempfindliche Elemente (Proben 31 bis 53) mit einer Drei-Lagen-Struktur a-Si/a-Si:Ge/ a-Si auf die gleiche Art und Weise wie beim Versuchsbeispiel 1 hergestellt. Dicke und Position der a-Si:Ge-Schicht, Ladungsakzeptanz und Restpotential sind in der Tabelle dargestellt. Die Beziehung zwischen der Dicke der a-Si:GeSchicht (Abszisse), Ge-Gehalt (Ordinate) und dx^a jeder Probe sind in der Figur 8 gezeigt. Auch die Beziehung zwischen dx² und der Ladungsakzeptanz jeder Probe und zwischen dx² und Interferenz (Potentialdifferenz dv zwisehen dem hellen und dunklen Teil der Interferenzlinien) einer jeden Probe sind in den Figuren 9 und 10 jeweils dargestellt. Wenn dv nicht größer als 15 V ist, erscheinen die Linienmuster nicht auf den Bildern.

In der Fig. 8 bedeutet X, daß die Ladungsakzeptanz gut

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ist oder auch ein Laserstrahl verwendet werden kann, Y, daß die Ladungsakzeptanz gut ist, aber bei der Verwendung von Laserstrahlen ein Problem auftritt, und Z, daß die Ladungsakzeptanz gering ist. Die Ziffer oben links bei jedem Symbol zeigt die Probennummer an. Wie aus der Figur zu ersehen ist, haben lichtempfindliche Elemente in einem Bereich von 0,07 * dx^a * 0,90 eine gute Ladungsakzeptanz und können auch mit Laserstrahlen verwendet werden.

Tabelle 3

	a-Si an der Substratseite	a-Si:Ge	^a""^si an der OberöächenseibE
H₂ (Trägergas)	490	484-394	494
SiH₄	100	100	100
B₂H₆ (200ppm)/H₂ (B₂H₆/SiH₄)	5 (10)	5 (10)	5 (10)
O₂	1	1	1
GeH₄	0	10-100	0
Ts (⁰C)	250	250	250
arrom- druck ^<w>	250	250	250
Pressure (Torr)	1	1	1

(Gesamtdicke, 22-44 Jim)

Tabelle 4

Probe	GeH₄/(SiH.	Ge/(Si+Ge)	Dicke 4	dx²	Ladungs	Rest-
			(ym)		akzeptanz	jotentia!
	+ GeH₄)				IVAi πι]	[Vl
31	1/11	0.12	1	0.01	21.5	50
32	1/11	0.12	4	0.06	22.5	18
33	1/11	0.12	8	0.12	22.8	12
34	1/11	0.12	12	0.17	21.7	13
35	1/11	0.12	20	0.29	20.4	11
36	1/8	0.24	1	0.06	22.1	21
37	1/8	0.24	8	0.46	21.3	7
38	1/8	0.24	14	0.81	19.7	4
39	1/6	0.3	1	0.09	23.2	14
40	1/6	0.3	4	0.36	21	8
41	1/6	0.3	16	1.44	16.1	5
42	1/6	0.3	20	1.8	11.5	4
43	1/4.5	0.4	1	0.16	22.4	12
44	1/4.5	0.4	4	0.64	21.4	5
45	1/4.5	0.4	8	1.28	16.3	5
46	1/3.5	0.5	1	0.25	20.8	11
47	1/3.5	0.5	4	1	14.3	4
48	1/3.5	0.5	16	4	4.2	3
49	1/3	0.6	1	0.36	19.4	7
50	1/3	0.6	4	1.44	9.8	3
51	1/3	0.6	8	2.88	5.6	2
52	1/2	0.8	1	0.64	17.5	4
53	1/2	0.8	2	1.28	16.4	4

•3£>.

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Lichtempfindliches Element mit einer im wesentlichen aus amorphem Silizium bestehenden Schicht, einer im wesentlichen aus amorphem Silizium:Germanium bestehenden Schicht und einer im wesentlichen aus amorphem Silizium bestehenden Schicht, die in dieser Reihenfolge auf einem elektrisch leitfähigen Substrat aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht (3) , die im wesentlichen aus amorphem Silizium:Germanium besteht, innerhalb eines Bereichs von 20 bis 80 % der Gesamtdicke der drei Schichten (2), (3) und (4), vom Substrat (1) ausgerechnet ,liegt.

2. Lichtempfindliches Element, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke jeder Schicht (2) und (4), die jeweils aus amorphem Silizium bestehen, 1 μπι bis 50 μπι und die Dicke der Schicht (3) aus im wesentlichen amor-

phem Silizium:Germanium 100 Ä bis 20 μπι beträgt.

3. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht aus amorphem Silizium ein Element aus der Gruppe IIIA oder VA des periodischen Systems als Fremdatom aufweist,und der Gehalt bezogen auf die Menge der Si-Atome für das Element der Gruppe IIIA maximal 200 ppm und der Gruppe VA maximal 50 ppm beträgt.

4. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht aus im wesent-

·/ liehen amorphem Silizium oder amorphem Silizium:Germanium

> einen Gehalt an Sauerstoffatomen von 0,01 bis 5 at% bezogen

auf die Anzahl der Si-Atome aufweist.

5. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Gehalt an Ge-Atomen in der Schicht bestehend aus amorphem Silizium:Germanium 2 bis 70 at% bezogen auf die Gesamtanzahl der Si- und GeAtome beträgt.

6. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht bestehend aus im wesentlichen amorphem Silizium!Germanium ein Element der Gruppe IIIA oder VA des periodischen Systems als Fremdatom aufweist und der Gehalt bezogen auf die Menge der Si-Ato-

me für die Gruppe IIIA maximal 200 ppm und für die Gruppe VA maximal 50 ppm beträgt.

7. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schicht bestehend aus im wesentlichen amorphem Silizium mit einem Gehalt an einem anderen Atom ausgewählt aus Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, als zusätzliche Schutzschicht und/oder Unterschicht vorgesehen ist.

8. Lichtempfindliches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Schichten (2) und (4), die im wesentlichen aus amorphem Silizium bestehen, ein Element der Gruppe IIIA oder VA des periodischen Systerns enthalten und der Gehalt an diesem Element mit zunehmendem Abstand vom elektrisch leitfähigen Substrat (1) steigt oder fällt und zwar in beiden Schichten im gleichen Sinne.