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ニホウ化マグネシウム(MgB_2)に代表されるニホウ化物は、三角格子の金属の層とグラファイト状に結合したホウ素の層が交互に積み重なった結晶構造を有する導電性セラミックス材料であり、その中でも最近、紫外光などの短波長発光ダイオードの材料である窒化ガリウム(GaN)との格子整合性に優れるニホウ化ジルコニウム(ZrB_2)が、縦型素子を可能とする導電性成長基板として注目を集めている。本研究では、ニホウ化物の異種基板へのエピタキシャル成長、さらにはニホウ化物と半導体の超格子化を目指し、薄膜成長の際に大きな役割を果たす表面・界面の理解と制御に努めている。本年度は、サファイア上には比較的容易に単結晶ZrB_2薄膜が成長する一方で、シリコン上に成長した場合には異配向結晶粒が核生成する点に着目し、超高真空走査プローブ顕微鏡によるZrB_2薄膜表面の原子分解能観察を行った。その結果、異配向結晶粒を形成する低指数面の原子分解能観察に成功し、幾つかの場合について、基板との配向関係を明らかにすることができた。この研究により得られた知見は、シリコン上にZrB_2の単結晶薄膜を成長する際の異配向結晶粒抑制に大きく寄与する。また、前年度より高分解能の角度分解光電子分光をZrB_2薄膜表面に対して行った結果、ZrB_2単結晶について理論的に得られた表面準位と同様の金属的なバンド分散が観測され、単結晶同様、二次元的なZr層が表面に存在することが明らかとなった。さらに、超格子化を目指し、GaN膜上へのZrB_2成長を試みた結果、成長条件を最適化することで、三次元的なエピタキシャル成長が観測された。
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