(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を内部に有する基板と、前記基板の光入射側に光導波路を備え、
前記光導波路が有する導波モードに変換されて該光導波路を伝播する入射光を、前記光電変換部に導く固体撮像素子であって、
前記光導波路は、前記入射光の伝播状態を変化させるモード変換部を有し、
前記モード変換部によって、前記光導波路を伝播する入射光の電場振幅が、前記基板の光入射側の表面において同符号で分布することが可能に構成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記光導波路は、前記基板の光入射側に形成されているクラッド部の内部に埋め込まれた、該クラッド部よりも高い屈折率を有するコア部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記モード変換部は、前記光導波路を構成するコア部の内部に設けられ、該コア部とは異なる屈折率を有する部材であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記モード変換部は、前記光導波路を構成するコア部の一部の幅を変えて形成された領域部によって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記モード変換部は、金属であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記モード変換部の規格化周波数をＶ、円周率をπとしたとき、Ｖ＜πを満たすと共に、
前記光導波路を伝搬する導波モードにおいて、前記光導波路の中心軸を通る断面における０次、１次、２次モードの伝搬定数をそれぞれβ０、β１、β２とし、
前記基板側に位置する前記モード変換部の端部と、前記基板との距離をＬとし、
前記モード変換部の中心軸付近の屈折率が周囲の屈折率より大きい場合は１となり、前記モード変換部の中心軸付近の屈折率が周囲の屈折率より低い場合は−１となる係数をαとするとき、
つぎの（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜≧０……（式１）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）≧０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−９・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式２）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＜０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式３）
【請求項７】
前記光導波路は、前記基板の光入射側に形成されているクラッド部の内部に埋め込まれた、該クラッド部よりも高い屈折率を有するコア部によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記モード変換部は、前記光導波路の中心軸よりも前記コア部の側壁に近い領域に、前記モード変換部のコア部の幅がｔとなるように、前記コア部の屈折率ｎ１より低い屈折率ｎ３のモード変換構造を配置することによって構成され、
入射光の真空中の伝搬定数をｋ０とするとき、
0005539014.tif 000005
の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記モード変換部は、前記コア部の側壁よりも前記光導波路の中心軸に近い領域に、前記コア部の屈折率ｎ１とは異なる屈折率ｎ３をもつモード変換構造を配置することによって構成され、
入射光の真空中の伝搬定数をｋ０、前記クラッド部の屈折率をｎ２、前記光導波路の前記コア部の幅をｄ、前記モード変換構造の幅をｄ−ｔとするとき、
0005539014.tif 000006
の関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記モード変換部の前記モード変換構造が、金属で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関し、特にデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどに用いられる固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラなどで用いられている固体撮像素子は、画素数の増加により、１画素の大きさは年々小さくなっている。
それに伴い光電変換部の面積は小さくなり、画素構造のアスペクト比（深さ／幅）は大きくなってきている。
光電変換部の面積が小さくなると、受光感度が低下することが課題となる。
また、オンチップレンズのＦ値が大きくなるため、画素構造のアスペクト比が大きいと集光効率が低下し、さらに、隣接画素へ光が漏れるクロストークの発生が懸念される。
【０００３】
従来、これらの課題を解決する手段として、特許文献１に示すような光導波路を備えた固体撮像素子が提案されている。
以下に、従来の光導波路を備えた固体撮像素子を図面を用いて説明する。
図１５［Ａ］に、従来例の画素ユニット４００の概略断面図を示す。
固体撮像素子は、マトリックス状に配列された複数の画素ユニット４００で構成されている。
画素ユニット４００は、シリコン基板１１０１と、シリコン基板１１０１の内部に配された光電変換部１１０２と、シリコン基板１１０１の上方に透明材料で形成されたクラッド部１１０３とを有している。
シリコン基板１１０１上方の所定の位置には配線部１１０４が、クラッド部１１０３の内部に形成されている。
そして、各光電変換部１１０２の上方においてクラッド部１１０３内部に、クラッド部１１０３より高い屈折率を有するコア部１１０５が埋め込まれてなる光導波路１１０６とで構成される。
光導波路１１０６の上方には、入射面１１０７に向かって徐々に幅が広くなるテーパー形状の入射部１１０８が配置され、入射部１１０８の内部にはカラーフィルタ１１１１が形成されている。
このような構成の固体撮像素子とすることで、入射部１１０８の入射面１１０７から入射した光を、光導波路１１０６が有する導波モードに変換し、コア部１１０５に光を集中させて伝搬することができる。
その結果、シリコン基板１１０１上方で発生するクロストークを防ぎながら、シリコン基板表面１１１０まで効率良く導くことができる。
【０００４】
また、特許文献２では、つぎのような構成によりシリコン基板内部の横方向への光広がりを抑える方法が提案されている。
すなわち、シリコン基板表面１１１０に設けたハーフトーン遮光膜により入射光の裾部分の位相を反転させ、シリコン基板表面１１１０における電場強度分布の広がりを抑えることで、シリコン基板１１０１内部の横方向への光広がりを抑える方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２４３９８号公報
【特許文献２】特開２００８−４１８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光導波路はシリコン基板の表面まで光を効率良く導くことは可能であるが、シリコン内部では回折の影響により隣接画素領域まで光が広がり、クロストークが発生してしまうという課題がある。
図１５［Ｂ］に、波長に対する浸入長（強度が１／ｅになる伝播距離）を示す。シリコンの吸収係数が小さい長波長側では、シリコン内浸入長が４μｍ程度となるため、特に長波長側でクロストークの発生が懸念される。
シリコン内部における隣接画素間に、光学的に分離する構造を設けることは作製上困難であり、またノイズの増加が懸念されるため実現することは困難である。
【０００７】
特許文献２では、シリコン基板表面１１１０に設けたハーフトーン遮光膜により入射光の裾部分の位相を反転させ、シリコン基板表面１１１０における電場強度分布の広がりを抑える。
これにより、シリコン基板１１０１内部の横方向への光広がりを抑える方法が提案されている。
また、上記した特許文献２の方法では、シリコン基板１１０１内部を伝播する光の横方向への広がり（広がり角）を抑えることはできない。
この方法では、リソグラフィ技術などで解像度を上げるために、位相シフトマスクを用いて、レンズで結像したスポットの電場強度分布の広がりを抑えているが、このような手段ではマスクを透過する光の回折角を狭くすることはできない。むしろ、特許文献２に示すような方法では、シリコン基板表面１１１０上に正と負の領域が混在する電場振幅分布となった場合、シリコン基板１１０１内部を伝播する光の広がり角は大きくなり、横方向へ広がってしまうこととなる。
また、シリコン基板表面１１１０に構造を設けると、光電変換部１１０２にダメージを与え、ノイズが発生するという課題が生じてしまうこととなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、シリコン基板上方と内部で発生するクロストークを抑制することができ、色再現性が高く、高精細化を図ることが可能となる固体撮像素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、つぎのように構成した固体撮像素子を提供するものである。
本発明の固体撮像素子は、光電変換部を内部に有する基板と、前記基板の光入射側に光導波路を備え、
前記光導波路が有する導波モードに変換されて該光導波路を伝播する入射光を、前記光電変換部に導く固体撮像素子であって、
前記光導波路は、前記入射光の伝播状態を変化させるモード変換部を有し、
前記モード変換部によって、前記光導波路を伝播する入射光の電場振幅が、前記基板の光入射側の表面において同符号で分布することが可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シリコン基板上方と内部で発生するクロストークを抑制することができ、色再現性が高く、高精細化を図ることが可能となる固体撮像素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１における画素ユニットの概略断面図を示す図であり、図１［Ａ］は画素ユニットのｘｚ面を示す図、図１［Ｂ］は異なる形態によるモード変換構造を配置した画素ユニットのｘｚ面を示す図。
【図２】本発明の実施例１におけるシリコン基板内部の横方向への光広がりを抑制する方法の概念を説明する図であり、図２［Ａ］、［Ｂ］はシリコン基板表面の電場振幅分布と、シリコン基板内部を伝播する光の電場強度分布を示す図。
【図３】図３［Ａ］は本発明の実施例１における光導波路の固有モードを示す図、図３［Ｂ］、［Ｃ］は本発明の実施例１における光導波路を伝搬する導波モードを示す図。
【図４】図４［Ａ］は本発明の実施例１における０次モードと２次モードの関係を示す図。図４［Ｂ］は本発明の実施例１における電場振幅分布が同符号となる範囲を示す図。図４［Ｃ］は本発明の実施例１におけるモード変換部を付加した領域の固有モードを示す図。
【図５】図５［Ａ］、［Ｂ］は本発明の実施例１におけるモード変換部を付加した光導波路を伝搬する導波モードを示す図。
【図６】本発明の実施例１の数値実施例における電場強度分布のｘｚ面、シリコン基板表面の電場振幅分布、評価面の電場強度分布を示す図。
【図７】本発明の実施例１の数値実施例における電場強度分布のｘｚ面、シリコン基板表面の電場振幅分布、評価面の電場強度分布を示す図。
【図８】本発明の実施例１における画素ユニットを含む固体撮像素子の製造プロセスを説明する断面図。
【図９】図９［Ａ］は本発明の実施例２における画素ユニットのｘｚ面を示す図、図９［Ｂ］は本発明の実施例２におけるモード変換部を付加した領域の固有モードを示す図。
【図１０】図１０［Ａ］は本発明の実施例２におけるモード変換部を付加した光導波路を伝搬する導波モードを示す図、図１０［Ｂ］は本発明の実施例２におけるモード変換部を付加した光導波路を伝搬する導波モードを示す図。
【図１１】本発明の実施例２の数値実施例における電場強度分布のｘｚ面、シリコン基板表面の電場振幅分布、評価面の電場強度分布を示す図。
【図１２】本発明の実施例２におけるモード変換部のｘｙ面を示す図。
【図１３】図１３［Ａ］は本発明の実施例３における画素ユニットのｘｚ面を示す図、図１３［Ｂ］は本発明の実施例３におけるモード変換部を付加した領域の固有モードを示す図。
【図１４】本発明の実施例３の数値実施例における電場強度分布のｘｚ面、シリコン基板表面の電場振幅分布、評価面の電場強度分布を示す図。
【図１５】図１５［Ａ］は従来例の画素ユニットのｘｚ面を示す図、図１５［Ｂ］は波長に対するシリコン基板の侵入長を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の固体撮像素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一の数字を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例】
【００１３】
［実施例１］
図１［Ａ］を用いて、本発明の実施例１における固体撮像素子について説明する。
本実施例の固体撮像素子は、光電変換部を内部に有する基板と、前記基板の光入射側に光導波路を備え、前記光導波路が有する導波モードに変換されて該光導波路を伝播する入射光を、前記光電変換部に導くようにされている。
具体的には、本実施例の固体撮像素子は、マトリックス状に配列された複数の画素ユニット１００で構成されている。
画素ユニット１００は、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１の内部に配された光電変換部１０２を有している。
また、画素ユニット１００は、シリコン基板１０１の上方に透明材料で形成されたクラッド部（層間絶縁部）１０３を有しており、配線部１０４がクラッド部１０３の内部の所定の位置に形成されている。
【００１４】
シリコン基板１０１の上方において、クラッド部１０３の内部に、クラッド部１０３より高い屈折率の透明材料であるコア部（高屈折率部）１０５が埋め込まれてなる光導波路１０６が形成されている。
ここで、光導波路１０６の上方には、入射面１０７に向かって徐々に幅が広くなるテーパー形状の入射部１０８が配置され、入射部１０８の内部には赤色の透過帯域を持つカラーフィルタ１１１が形成されている。
そして、モード変換部１０９が、モード変換構造１１２をコア部１０５の内側の側壁に接するように配置することにより形成されている。
モード変換構造１１２は、コア部１０５と異なる屈折率を有する部材で構成されていればよい。但し、ここではモード変換構造１１２は、コア部１０５の屈折率よりも低い屈折率をもつものとする。
なお、このように構成されているモード変換部１０９を、コア部１０５の一部の幅を変えて形成された領域部から構成されている、と表現することもある。
また、シリコン基板表面１１０側のモード変換部１０９の端部と、シリコン基板表面１１０との距離をＬとする。
【００１５】
光は入射面１０７から入射し、光導波路１０６が有する導波モードに変換され、図１［Ａ］の下の方向に向かって伝搬する。
ここで、光が伝搬する方向をｚ軸の方向とする。ｚ軸に垂直な面をｘｙ面とし、図１［Ａ］はｘｚ断面を表している。
また、固体撮像素子の各部位のｘ方向の長さを「幅」、ｚ方向の長さを「高さ」と表現する。
また、ｚ軸に平行で光導波路１０６の中心を通る軸を中心軸と呼ぶ。光導波路１０６とモード変換部１０９は、中心軸に対して対称な構造となっている。
クラッド部１０３は、例えばＳｉＯ２を用いることができ、コア部１０５は、例えばＳｉＮを用いることができる。
モード変換構造１１２は、例えばＳｉＯ２を用いることができる。
波長６５０ｎｍの光に対してＳｉＯ２の屈折率は約１．４６であり、ＳｉＮの屈折率は約２．０２である。
【００１６】
ここで、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制する方法の概念を説明する。
シリコン基板１０１内部の光広がりは、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布に依存する。
図２［Ａ］、［Ｂ］は、シリコン基板表面１１０に到達した光が形成する電場振幅分布（ｃ）（ｄ）と、その光がシリコン基板１０１内部を伝搬したときの電場強度分布（ａ）（ｂ）を表している。
ここで、図２［Ａ］、［Ｂ］の（ａ）（ｂ）において、上方から下方の方向へ光が伝搬しているとし、その方向をｚ軸の方向とする。
また、ｚ軸に垂直な面をｘｙ面とし、図２［Ａ］、［Ｂ］の（ａ）（ｂ）はｘｚ断面を表している。
図２［Ａ］、［Ｂ］の（ｃ）（ｄ）の縦軸は電場振幅を表し、横軸はシリコン基板表面１１０におけるｘ方向の座標を表している。
【００１７】
図２［Ａ］は、シリコン基板表面１１０に到達した光が形成する電場振幅分布（ｃ）はシリコン基板表面１１０の電場振幅分布が、同符号で分布している場合を示している。
また、図２［Ｂ］は、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布が正と負の領域が混在する場合を表している。
ここで、電場振幅分布が同符号で分布とは、その電場振幅分布の符号が９０パーセント以上、正または負で分布している状態を意味している。この電場振幅分布が同位相である条件については、後で詳細に説明する。
図２［Ａ］、［Ｂ］より、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布が同符号の場合に、シリコン基板１０１内部の横方向（ｘ方向）への光広がりが抑制されていることがわかる。
【００１８】
光は入射面１０７の様々な位置から入射し、カラーフィルタ１１１の透過帯域に含まれる波長の光が、光導波路１０６の導波モードに変換され伝搬する。
そのため、従来例のような、図１５［Ａ］に示す光導波路のみの構造では、シリコン基板表面１１０に到達する光全ての電場振幅分布を同符号に定めることは困難であった。
その結果、シリコン基板１０１内部で横方向へ光が広がっていた。
【００１９】
そこで、光導波路１０６をシングルモード導波路とすることで、導波モードの形状を単峰形状に固定し、シリコン基板表面１１０の電場分布を同符号に定める方法が考えられる。
しかし、シングルモード導波路とするためには、例えば、入射光の波長を６５０ｎｍとしたとき、コア部１０５をＳｉＮ、クラッド部１０３をＳｉＯ２とした場合には、光導波路１０６のコア部１０５の幅を２００ｎｍ以下としなければならない。
そのため、シングルモード導波路とすると、入射光が光導波路１０６の導波モードへ変換される効率が悪くなってしまう。
入射光の殆どは、入射部１０８と光導波路１０６の境界面において入射面１０７の方向に反射されてしまい、透過率が低下してしまう。
したがって、集光効率を高めるためには光導波路１０６をマルチモード導波路とする必要があり、さらに、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布を同符号となる範囲に定めることが必要である。
従来の方法ではそれらを両立することは困難であった。
【００２０】
そこで、図１［Ａ］に示すようなマルチモード導波路である光導波路１０６に入射光の伝播状態を変化させるモード変換部１０９を付加した構成とすることで、上記した本発明の課題を解決することができることを見出した。
すなわち、入射面１０７から入射した光は、光導波路１０６が有する導波モードに効率良く変換され、コア部１０５に集中して伝搬する。
そのため、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら、シリコン基板表面１１０まで効率良く導くことができる。
さらに、光導波路１０６に付加したモード変換部１０９により、導波モードの形状を変形し、特定の形状に定め、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布が同符号となるように制御する。
ここで、モード変換部１０９を伝搬する導波モードの形状を定めるため、モード変換部１０９の固有モードは２個以下となるように設定している。
モード変換部１０９の屈折率、形状とシリコン基板表面１１０の距離を適切に設定することにより、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布が同符号となるようにしている。
その結果、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができ、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことができ、上記した本発明の課題を解決することができる。
【００２１】
以下に、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とする方法を、光導波路１０６とモード変換部１０９を伝搬する導波モードと、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布の関係から説明する。
まず、光導波路１０６の導波モードについて説明する。
光導波路１０６を伝播する導波モードは、コア部１０５の屈折率、クラッド部１０３の屈折率、コア部１０５の幅によって決定される。
図３［Ａ］には一例として、入射光の真空中の波長を６５０ｎｍ、コア部１０５の幅を６００ｎｍ、コア部１０５の屈折率を２．０２（ＳｉＮ）、クラッド部１０３の屈折率を１．４６（ＳｉＯ２）としたときの光導波路１０６を伝搬する固有モードを示す。
このとき、光導波路１０６のｘｚ面において、光導波路１０６の中心軸に対して対称なモード（以下「偶モード」という。）の０次モードと２次モード、中心軸に対して非対称なモード（以下「奇モード」という。）の１次モードの合計３つの固有モードが存在する。
ここで、０次、１次、２次モードの規格化した電場振幅分布をそれぞれ、Ａ０（ｘ）、Ａ１（ｘ）、Ａ２（ｘ）とする。
また、０次、１次、２次モードの伝搬定数をそれぞれ、β０、β１、β２とする。
β０、β１、β２は、コア部１０５の屈折率、クラッド部１０３の屈折率、コア部１０５の幅によって、一意に決めることができ、それぞれ異なる大きさを持っている。
実際に作製する際、光導波路１０６のコア部１０５の幅は、部分的に作製誤差によって揺らぎが生じることが考えられるが、光導波路１０６の中心軸を通る断面における、コア部１０５の幅の平均値を用いることで、伝搬定数を算出することができる。
コア部１０５の屈折率がクラッド部１０３の屈折率より高い光導波路１０６とすることで、コア部１０５に光を集中して伝搬させることができ、シリコン基板１０１上方で発生するクロストークを防ぐことが可能となる。
【００２２】
つぎに、モード変換部１０９を用いない、光導波路１０６のみとした従来の構造の場合における、光導波路１０６を伝搬する導波モードとシリコン基板表面１１０の電場振幅分布の関係を説明する。
ｘｚ面においてｚ方向に伝搬する光導波路１０６の導波モードＥ（ｘ，ｚ）は、以下のように各固有モードの重ね合わせで表すことができる。
Ｅ（ｘ，ｚ）＝Ａ０（ｘ）・Ｂ０（ｚ）＋Ａ１（ｘ）・Ｂ１（ｚ）＋Ａ２（ｘ）・Ｂ２（ｚ）
Ｂ０（ｚ）≡Ｃ０・ｃｏｓ（β０・ｚ）
Ｂ１（ｚ）≡Ｃ１・ｃｏｓ（β１・ｚ）
Ｂ２（ｚ）≡Ｃ２・ｃｏｓ（β２・ｚ）
ここで、座標ｚの位置における０次、１次、２次モードの係数を、それぞれ、Ｂ０（ｚ）、Ｂ１（ｚ）、Ｂ２（ｚ）とする。
Ｂ０（ｚ）、Ｂ１（ｚ）、Ｂ２（ｚ）は、伝搬距離と各モードの伝搬定数に依存して変化する。
Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２は定数項を表している。ここで、シリコン基板表面１１０の座標をｚ＝ｚ０の面とする。
定数項（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２）は、入射面１０７へ入射する光の位置によって変わる。
図３［Ｂ］、［Ｃ］には、従来の光導波路１０６のみの構造とした場合における、入射面１０７の中心付近から光が入射した場合と（図３［Ｂ］）、入射面１０７の端付近から光が入射した場合（図３［Ｃ］）の導波モードの形状の変化を示している。
ここで、図の下の方向へ向かって光が伝播しているとし、光導波路１０６の各断面における電場振幅を表している。
【００２３】
このとき、シリコン基板表面１１０（ｚ＝ｚ０）の電場振幅分布における、０次、１次、２次モードの係数は、それぞれ、Ｂ０（ｚ０）、Ｂ１（ｚ０）、Ｂ２（ｚ０）となる。この係数の比によって、シリコン基板１０１内部における光の横方向への広がり方が決まる。
図２［Ａ］の（ａ）は、０次モードの光がシリコン基板表面１１０に分布している場合における、シリコン基板１０１内部の光広がりを表している。
また、図２［Ｂ］の（ａ）、（ｂ）は、それぞれ１次モード、２次モードの光がシリコン基板表面１１０に分布している場合における、シリコン基板１０１内部の光広がりを表している。
図２［Ａ］、［Ｂ］より、１次、２次モードに比べ、０次モードがシリコン基板表面１１０に分布しているときに、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりが抑制されている。
したがって、シリコン基板表面１１０（ｚ＝ｚ０）において０次モードの係数Ｂ（ｚ０）の比率を大きくすることが必要となる。
【００２４】
入射面１０７から入射する光の位置と波長が固定されていれば、光導波路１０６の長さを適切に設定することで、シリコン基板表面１１０（ｚ＝ｚ０）の０次モードの係数Ｂ０（ｚ０）の比率を大きくすることができる。
しかし、光は入射面１０７の様々な位置から入射し、カラーフィルタ１１１の透過帯域に含まれる波長の光が伝搬する。
そのため、従来の光導波路１０６のみの構造の場合、入射する光全てに対し、シリコン基板表面１１０において、０次モードの係数Ｂ０（ｚ０）の比率を大きくすることはできなかった。
ここで、画素ユニット１００のｘ、ｙ方向のサイズを１．２μｍとして、シリコン基板表面１１０から深さ４μｍシリコン基板１０１内部の位置における電場強度分布の広がりを見積もったところ、４割以上隣の画素へ広がる結果となっていた。
【００２５】
従来の光導波路１０６のみの構造に比べ、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制するためには、シリコン基板表面１１０において電場振幅が同符号で分布していることが必要である。
その同符号であるための条件は、シリコン基板表面１１０（ｚ＝ｚ０）における係数Ｂ０（ｚ０）、Ｂ１（ｚ０）、Ｂ２（ｚ０）のそれぞれの関係が、以下の条件を満たすことが必要ある。
すなわち、条件（ｉ）且つ条件（ｉｉ）を満たすことが必要ある。
または、条件（ｉ）且つ条件（ｉｉｉ）を満たすことが必要ある。
これらの条件の（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）のそれぞれは、以下のとおりである。
（ｉ）０次と１次モードを比較したとき、０次モードの係数の絶対値が、１次モードの係数の絶対値に比べ１．５倍以上大きい。
｜Ｂ０（ｚ０）｜≧１．５・｜Ｂ１（ｚ０）｜。
（ｉｉ）０次と２次モードが図４［Ａ］の（ａ）に示す関係のとき、０次モードの係数の絶対値が、２次モードの係数の絶対値に比べ９倍以上大きい。
Ｂ０（ｚ０）・Ｂ２（ｚ０）≧０、
且つ、｜Ｂ０（ｚ０）｜≧９・｜Ｂ２（ｚ０）｜。
（ｉｉｉ）０次と２次モードが図４［Ａ］の（ｂ）に示す関係のとき、０次モードの係数の絶対値が、２次モードに比べ１．５倍以上大きい。
Ｂ０（ｚ０）・Ｂ２（ｚ０）＜０
且つ、｜Ｂ０（ｚ０）｜≧１．５・｜Ｂ２（ｚ０）｜。
光導波路１０６を伝搬する導波モードのベクトル成分は、高次モードほど伝搬方向に対して垂直な成分（ｘ、ｙ方向）が大きくなる。
そのため、光が光導波路１０６からシリコン基板１０１内部へ射出されるとき、１次、２次モードの方が０次モードに比べ、シリコン基板１０１内部で横方向へ広がりやすくなる。
１次、２次モードによる横方向への広がりを抑制するためには、０次モード成分の比率を大きくする必要がある。
そこで、条件（ｉ）により、１次モードによる横方向への広がりを抑制し、更に、条件（ｉｉ）または（ｉｉｉ）により、２次モードによる横方向への広がりを抑制する。
このとき、横方向への広がりを抑制するためには、０次モードの係数の比率は、条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示す値が必要となる。
したがって、１次モードと２次モードによる横方向への広がりをどちらも抑制するために、条件（ｉ）且つ条件（ｉｉ）を満たすことが必要である。
または、条件（ｉ）且つ条件（ｉｉｉ）を満たすことが必要である。
このとき、０次モードの比率を大きくした、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布は、９０パーセント以上が正または負で分布（同符号で分布）する状態となる。
上に示す条件を満たさない場合、１次、２次モードの比率が大きくなり、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布は、正と負の符号が混在した状態となり、シリコン基板１０１内部で横方向へ広がってしまう。
【００２６】
条件（ｉ）〜（ｉｉｉ）は、伝播定数β０、β１、β２を用いると、以下に示す（式０−１）、（式０−２）、（式０−３）のように表すことができる。
｜Ｃ０・ｃｏｓ（β０・ｚ０）｜−１．５・｜Ｃ１・ｃｏｓ（β１・ｚ０）｜≧０……（式０−１）
Ｃ０・Ｃ２・ｃｏｓ（β０・ｚ０）・ｃｏｓ（β２・ｚ０）≧０
且つ、｜Ｃ０・ｃｏｓ（β０・ｚ０）｜−９・｜Ｃ２・ｃｏｓ（β２・ｚ０）｜≧０……（式０−２）
Ｃ０・Ｃ２・ｃｏｓ（β０・ｚ０）・ｃｏｓ（β２・ｚ０）＜０
且つ、｜Ｃ０・ｃｏｓ（β０・ｚ０）｜−１．５・｜Ｃ２・ｃｏｓ（β２・ｚ０）｜≧０……（式０−３）
そこで、モード変換部１０９を光導波路１０６に配置することにより、定数項（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２）を定め、シリコン基板表面１１０で電場振幅分布が同符号となるように設定する。
ここで、シリコン基板表面１１０側のモード変換部１０９の下端部の位置をｚ＝０の面とし、シリコン基板表面１１０との距離をＬとする（ｚ０＝Ｌ）。
定数項（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２）に対して、（式０−１）且つ（式０−２）、
または、（式０−１）且つ（式０−３）を満たす範囲（シリコン基板表面１１０において電場振幅分布が同符号となる範囲）が、どのように変換するのかを、図４［Ｂ］に示している。
横軸は伝播距離ｚ（＝Ｌ）を表している。
また，縦軸は、１の場合がシリコン基板表面１１０において電場振幅分布が同符号となる領域であり、０の場合が同符号とならない領域である。
ここで、ｚ＝０の位置において、０次、１次、２次モードが同位相で励起された場合を示している。
｜Ｃ０｜が、｜Ｃ１｜、｜Ｃ２｜に比べて小さくなった場合、シリコン基板表面１１０における電場振幅分布が同符号となる範囲は狭くなる。
このとき、基板側に位置する前記モード変換部１０９の端部とシリコン基板表面１１０の距離Ｌは、数１０ｎｍの精度で定める必要がある。
実際に作製する場合、モード変換構造１１２の位置や形状、またコア部１０５とクラッド部１０３の屈折率などは、作製誤差により揺らぎが生じる。
その場合、距離Ｌに対して非常に敏感になり、現実的に作製することが困難となる。
【００２７】
したがって、シリコン基板表面１１０において、０次モードの係数の絶対値｜Ｃ０｜が、つぎの式に示すように、他の高次モードの係数の絶対値｜Ｃ１｜、｜Ｃ２｜に比べ大きくなることが必要である。
｜Ｃ０｜≧｜Ｃ１｜、且つ、｜Ｃ０｜≧｜Ｃ２｜。
この条件を踏まえると、（式０−１）、（式０−２）、（式０−３）は、以下の（式１）、（式２）、（式３）のように表すことができる。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜≧０……（式１）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）≧０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−９・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式２）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＜０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式３）
ここで、αはモード変換部１０９の構造によって決まる値であり、座標ｚ＝０で０次と２次モードが同位相で励起される場合は係数α＝１となり、ｚ＝０で０次と２次モードが逆位相で励起される場合は係数α＝−１となる。
このとき、モード変換部１０９の中心軸付近の屈折率が周囲の屈折率より大きい場合は、ｚ＝０で０次と２次モードが同位相で励起されるため、α＝１となる。また、モード変換部１０９の中心軸付近の屈折率が周囲の屈折率より低い場合は、ｚ＝０で０次と２次モードが逆位相で励起されるため、α＝−１となる。
従来の光導波路１０６のみの構造とした場合、（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）を満たすことはできなかった。
そこで、本実施例のように、モード変換部１０９を光導波路１０６に付加することにより、条件を満たすことが可能となる。
【００２８】
つぎに、コア部１０５の内壁の一部に、コア部１０５より低い屈折率をもつモード変換構造１１２を配置することによって形成した、モード変換部１０９を伝搬する導波モードについて説明する。
モード変換部１０９を伝搬するモードの規格化周波数をＶ、円周率をπとする。規格化周波数Ｖは光導波路を考察する上で、一般的に用いられるパラメータである。
入射光の真空中の伝搬定数をｋ０、モード変換部１０９のコア部の屈折率をｎ１、モード変換構造１１２の屈折率をｎ３、モード変換部１０９のコア部の幅をｔとする。このとき、規格化周波数Ｖは、つぎに示される式で表すことができる。
0005539014.tif 000002
【００２９】
規格化周波数Ｖは入射光の波長、モード変換部１０９の屈折率ｎ１、ｎ３、幅ｔが決まれば一意に決まる。
規格化周波数Ｖから、伝搬する固有モードの数を指定することができ、Ｖ＜ｍ・π／２（ｍ：整数）のとき、固有モードの個数はｍ個以下となる。
このとき、Ｖ＜πを満たすように設定することで、モード変換部１０９の固有モードの数は２個以下として、モード変換部１０９を伝搬する導波モードの形状を定めることが可能となる。
【００３０】
ここで一例として、モード変換部のコア部、クラッド部、モード変換構造のそれぞれの屈折率をつぎのようにした場合の導波モードについて説明する。
すなわち、モード変換部１０９のコア部の屈折率を２．０２（ＳｉＮ）、クラッド部１０３の屈折率を１．４６（ＳｉＯ２）、モード変換構造１１２をクラッド部１０３と同じ屈折率１．４６（ＳｉＯ２）で形成した場合の導波モードについて説明する。
この場合、モード変換構造１１２をクラッド部１０３が同じ材料であることより、モード変換部１０９は、光導波路１０６のコア部１０５の幅の一部を狭くした形状となる。
ここで、モード変換部１０９のコア部の幅は、４００ｎｍとなるように形成している。
図４［Ｃ］に、モード変換部１０９の固有モードを示す。
比較のため、図３［Ａ］で示した幅６００ｎｍの光導波路１０６の固有モードを破線で重ねて表示している。
このとき、規格化周波数はＶ＝０．８６π＜πとなっている。固有モードは、ｘｚ面において、偶モード１つ、奇モード１つの合計２つである。
コア部の幅が狭くなったため、固有モードの広がりは狭くなっている。
これは、カラーフィルタ１１１の透過帯域に含まれる波長の光全てに対し、光導波路１０６のｘｚ面において、固有モードの数は同じ、偶モード１つ、奇モード１つの合計２つとなり、また導波モードも同様な形状となる。
【００３１】
図５［Ａ］、［Ｂ］は、入射面１０７の中心付近から光が入射した場合と（  図５［Ａ］）、入射面１０７の端付近から光が入射した場合（  図５［Ｂ］）における、モード変換部１０９を伝搬する導波モードを表している。
入射面１０７の中心付近から光が入射した場合、光導波路１０６において、図３［Ａ］の（ａ）（ｂ）に示す偶モードが励起され伝搬する。
そして、モード変換部１０９に光が到達したとき、図４［Ｃ］の（ａ）に示す偶モードの光に変換され、図５［Ａ］のように、形状が定まった導波モードが伝搬する。
次に、入射面１０７の端付近から光が入射した場合、光導波路１０６において、図３［Ａ］の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す偶モードと奇モードが励起され伝搬する。
ここで、カメラレンズＦ値１．４に相当する広がり角±２０度で、入射面１０７の端付近から光が入射すると仮定したとき、図３［Ａ］に示す光導波路１０６の０次モードは５割程度励起される。
このとき、導波モードは大きく乱れずモード変換部１０９へ光が到達し、図４［Ｃ］（ａ）に示すモード変換部１０９の０次モードが５割以上励起される。
そして、図５［Ｂ］のように、モード変換部１０９を伝搬する導波モードの形状を定めることができ、ｚ＝０において、光導波路１０６中心付近に電場が集中したモードを励起することができる。
その結果、ｚ＝０において、光導波路１０６の０次モードが他の高次モードに比べて多く励起され、Ｃ０≧Ｃ１、且つ、Ｃ０≧Ｃ２となる。
また、モード変換部１０９の中心軸付近の屈折率は、中心軸の周囲の屈折率よりも大きくなっている。
そのため、ｚ＝０において同位相で０次モードと２次モードが励起される。
したがって、（式２）、（式３）における係数α＝１と定めることができる。
そして、（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）を満たすことができ、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができる。
【００３２】
以上示したように、入射面１０７から入射した光を、光導波路１０６が有する導波モードに変換し、コア部１０５に集中させて伝搬することで、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながらシリコン基板表面１１０まで伝搬することができる。
そして、光導波路１０６にモード変換部１０９を配置することで、光導波路１０６の導波モードの形状を変形し、特定の形状に定め、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができる。
ここで、モード変換部１０９の規格化周波数がＶ＜πとなるように設定し、更に（式１）且つ（式２）または、（式１）且つ（式３）となるようにモード変換部１０９とシリコン基板表面１１０の距離を設定する。
その結果、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことが可能となり、色再現性が高く、高精細な固体撮像素子を得ることができる。
【００３３】
光導波路１０６とモード変換部１０９を含む固体撮像素子の数値実施例を以下に示す。図６（ａ）（ｂ）は、波長６５０ｎｍの光１１３が、カメラレンズＦ値１．４に相当する広がり角±２０度で、入射面１０７の中心付近に入射した場合の電場強度分布のｘｚ面を表している。
図６（ｃ）（ｄ）は、このときのシリコン基板表面１１０の電場振幅分布を表している。加えて図６（ｅ）（ｆ）は、シリコン基板表面１１０からシリコン基板１０１内部へ４μｍ離れた位置（以下、評価面１１４と呼ぶ）における、電場強度分布を表している。
図６（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はそれぞれ、モード変換部１０９を含まない光導波路１０６のみの場合における、（ａ）電場強度分布のｘｚ面、（ｃ）シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、（ｅ）評価面１１４の電場強度分布を表している。
図６（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）はそれぞれ、光導波路１０６にモード変換部１０９を付加した場合における、（ｂ）電場強度分布のｘｚ面、（ｄ）シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、（ｆ）評価面１１４の電場強度分布を表している。
【００３４】
図６では一例として、１画素の幅に対応する入射面１０７の幅を１．２μｍ、画素の高さに対応するシリコン基板表面１１０と入射面１０７との距離を４μｍとしている。
また、光導波路１０６のコア部１０５の幅は６００ｎｍとした。波長６５０ｎｍにおいて、シリコン基板１０１の屈折率は４．０２、消衰係数は０．０１６４としている。
また、ＳｉＯ２で形成したクラッド部１０３の屈折率は１．４６、ＳｉＮで形成したコア部１０５の屈折率は２．０２とした。
図６（ｂ）に示すモード変換部１０９は、コア部１０５の内壁の一部に接するように、モード変換構造１１２を配置することで形成されている。
ここで、モード変換構造１１２はクラッド部１０３と同じＳｉＯ２（屈折率１．４６）としており、モード変換部１０９は、光導波路１０６のコア部１０５の幅が狭くなった形状となる。
ここで、モード変換部１０５のコア部の幅が４００ｎｍとなるように形成している。
また、光導波路１０６とモード変換部１０９は、中心軸に対して対称な構造となっている。このとき、モード変換部１０９の規格化周波数はＶ＝０．８６π＜πとなる。
【００３５】
ここで図６（ｂ）において、シリコン基板１０１側のモード変換部１０９の下端と、シリコン基板表面１１０との距離Ｌは、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布が同符号となる範囲Ｌ＝１．３５μｍに設定している。
このとき、以下に示すように（式１）且つ（式３）の条件を満たしている。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜＝０．３４＞０……（式１）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＝―０．２７＜０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜＝０．３１≧０……（式３）
ここで、Ｌは（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）を満たせば、他の長さでも良い。
【００３６】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、光導波路１０６のみの場合と、モード変換部１０９を付加した光導波路１０６の場合、どちらにおいても、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら、シリコン基板表面１１０まで光を導くことができる。
光導波路１０６のみの場合、入射した光１１３は光導波路１０６の導波モードに変換され、図３［Ｂ］に示したように様々な形状になりながら伝搬する。
そして、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板表面１１０における電場振幅は正と負の混在した分布となっている。
それに対し、本実施例のように光導波路１０６にモード変換部１０９を付加した場合、図５［Ａ］で示したように、モード変換部１０９を形状が定まった導波モードに変形され伝搬する。
そして、図６（ｄ）に示すように、シリコン基板表面１１０において、電場振幅を同符号で分布させることができる。
このとき、図６（ｅ）（ｆ）に電場強度分布から、評価面１１４全体に対する、１画素の幅１．２μｍに含まれる電場強度の割合を比較する。
光導波路１０６のみの場合は５７％に対し、モード変換部１０９を付加した場合は７９％となっている。
したがって、従来の光導波路１０６のみの場合に比べ、モード変換部１０９を付加した場合の方が電場強度の広がりを抑制することができる。
【００３７】
つぎに、光１１３の入射位置を入射面１０７の中心から０．３μｍ、ｘ方向へずらし、画素端付近から入射した場合の、電場強度分布のｘｚ面と、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、評価面１１４における電場強度分布について説明する。
図７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はそれぞれ、モード変換部１０９を含まない光導波路１０６のみ場合の、（ａ）電場強度分布のｘｚ面、（ｃ）シリコン基板表面１１０における電場振幅分布、（ｅ）評価面１１４における電場強度分布を表している。
図７（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）はそれぞれ、光導波路１０６にモード変換部１０９を付加した場合の、（ｂ）電場強度分布のｘｚ面、（ｄ）シリコン基板表面１１０における電場振幅分布、（ｆ）評価面１１４における電場強度分布を表している。
図７（ａ）（ｂ）に示すように、光導波路１０６のみの構造と、光導波路１０６にモード変換部１０９を付加した構造、どちらにおいても、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら、シリコン基板表面１１０まで光を導くことができる。
【００３８】
光導波路１０６のみの構造の場合、入射した光は光導波路１０６の導波モードに変換され、図３［Ｃ］で示したように様々な形状になりながら伝搬する。
そして、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板表面１１０における電場振幅は正と負の混在した分布となっている。
それに対し、本実施例のように光導波路１０６にモード変換部１０９を付加した場合、図５［Ｂ］で示したように、モード変換部１０９において、導波モードは変形される。
そして、図７（ｄ）に示すように、シリコン基板表面１１０において、電場振幅を同符号で分布させることができる。
【００３９】
このとき、図７（ｅ）（ｆ）に示す電場強度分布から、評価面１１４全体に対する、１画素の幅１．２μｍに含まれる電場強度の割合を比較する。
光導波路１０６のみの場合は５５％であり、モード変換部１０９を付加した場合は７０％となっている。
したがって、従来の光導波路１０６のみの場合に比べ、モード変換部１０９を付加した場合の方が電場強度の広がりを抑制することができる。
【００４０】
これは、カラーフィルタ１１１の透過帯域に含まれる波長の光全てに対して、同じ光導波路１０６とモード変換部１０９を用いて、同じ理由によりシリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができる。
他の画素の幅、画素の高さ、コア部１０５の材料、クラッド部１０３の材料に対しても、モード変換構造１１２の形状、位置、材料を適切に設定することにより、シリコン基板１０１の内部での横方向への光広がりを抑制することができる。
【００４１】
また図１［Ｂ］に示すように、モード変換部１０９は、コア部の一部がテーパー状に徐々に幅が狭くなるように、モード変換構造１１２を配置することで形成しても良い。
このとき、図１［Ｂ］のように入射部１０８のテーパーの傾きと一致するようにモード変換部１０９を形成すると、効率良く光を伝搬することができる。
ここで、光導波路１０６がＶ＜πとなるコア部１０５の幅をＷとしたとき、モード変換部１０９の光導波路１０６側の下端部の幅を、Ｗとなるように設定する。モード変換部１０９の下端部とシリコン基板表面１１０の間の距離をＬとしたとき、Ｌは（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）となるように設定する。
そのような構成にすることで、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができ、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことができる。モード変換部１０９のコア部のｘｙ面における形状は、四角、円のような形状に限ったものではなく、五角形や六角形など多角形でも良く、楕円のような形状でも良い。
【００４２】
図８を用いて、実施例１における画素ユニット１００を含む固体撮像素子の製造プロセスについて説明する。
ここでは、モード変換構造１１２をクラッド部１０３と同じ材料で形成する場合について説明する。
先ず、シリコン基板１０１内部の所定の領域に、光電変換部や転送ゲートなどの各素子（不図示）を形成する（図８（ａ））。
その上に不図示のエッチングストッパ膜を形成し、ＳｉＯ２によるクラッド部１０３と、所定の位置に配線部１０４を形成する。
そして、クラッド部１０３の上部をＣＭＰ法またはエッチバック法等の方法により平坦化処理を行う（図８（ｂ））。
次に、リソグラフィ技術を用いて、クラッド部１０３の上にフォトレジストをパターニングした後、異方性ドライエッチング等の方法により、光電変換部１０２の上方に光導波路１０６を形成するための凹部を形成する。
レジストマスクを除去後、高密度プラズマＣＶＤ法などにより、形成した凹部にＳｉＮによるコア部１０５を埋め込む。
そして、ＣＭＰ法またはエッチバック法を用いてクラッド部１０３の表面まで平坦化処理を行う（図８（ｃ））。
【００４３】
続いて、クラッド部１０３を積層し平坦化処理を行う。その後、リソグラフィ技術を用いて、クラッド部１０３上にフォトレジストをパターニングする。
そして、異方性ドライエッチング等の方法により、モード変換部１０９を形成するための凹部を形成する（図８（ｄ））。
レジストマスクを除去後、高密度プラズマＣＶＤ法などにより、形成した凹部にＳｉＮによるモード変換部１０９を埋め込む。そして、ＣＭＰ法またはエッチバック法を用いてクラッド部１０３の表面まで平坦化処理を行う（図８（ｅ））。
ここで、モード変換部１０９を形成するための凹部は、ＥＢ描画、もしくはＦＩＢ（集光イオンビーム）加工等の方法で形成しても良い。
【００４４】
次に、クラッド部１０３と、所定の位置に配線部１０４を形成し、上で示した図８（ｃ）と同様の方法で、光導波路１０６を形成する（図８（ｆ））。
さらに、クラッド部１０３を形成し、図８（ｇ）に示すように、光導波路１０６の上部にドライエッチング等によりテーパー形状の凹部を形成し、内部にカラーフィルタ１１１の材料を埋め込ことで、入射部１０８を形成する（図８（ｈ））。
ここで、モード変換構造１１２がクラッド部１０３と違う材料の場合においても、同様に形成することができる。このように、上に示した図８（ａ）から（ｈ）の方法により、実施例１の画素ユニット１００を含む固体撮像素子を作製することができる。
【００４５】
本実施例のように、光導波路１０６にモード変換部１０９を付加した構造とすることで、入射面１０７から入射した光を、光導波路１０６が有する導波モードに変換し、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら伝播させることができる。
さらに、モード変換部１０９により、形状が定まった導波モードを伝搬させることで、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができ、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができる。
その結果、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことが可能となり、色再現性が高い、高精細な固体撮像素子を得ることができる。
【００４６】
本実施例は裏面照射型構造や積層型構造など、他の構造における光伝搬制御にも適用可能な技術である。
配線部１０４は、入射面１０７側であるシリコン基板１０１の上側に限らず、シリコン基板１０１の下側に形成しても良い。
また、モード変換部１０９のモード変換構造１１２は、コア部１０５の内壁に接していなくても良く、また材料もクラッド部１０３と違う材料で形成しても良い。
また、モード変換構造１１２をコア部１０５の外側に配置することでモード変換部１０９を形成しても良い。
本実施例では光導波路の上部をテーパー形状にしたが、それ以外の構造でも良い。
さらに、本実施例で示した光導波路の寸法、屈折率はその値に限ったものではない。
また、カラーフィルタの透過帯域は赤色以外に対しても、モード変換部１０９の寸法を同様の原理で設定することで、対応することができる。
また、カラーフィルタを形成する場所は入射部の内部に限ったものではなく、他の場所でも良い。
また、光導波路を用いずに、オンチップレンズとモード変換部を組み合わせた構造でも良い。
さらに、基板はシリコンに限ったものではなく、他の材料でも良い。
また、クラッド部はＳｉＯ２に限ったものではなく、コア部もＳｉＮに限ったものではなく、他の材料でもよい。
【００４７】
［実施例２］
図９［Ａ］を用いて、本発明の実施例２における固体撮像素子について説明する。
本実施例の固体撮像素子は、マトリックス状に配列された複数の画素ユニット２００で構成されている。
本実施例の画素ユニット２００は、実施例１の図１［Ａ］で示した画素ユニット１００に対して、モード変換部のみが異なった構造となっている。
コア部１０５の屈折率をｎ１、クラッド部１０３の屈折率をｎ２とするとき、モード変換部２０１は、光導波路１０６に、コア部１０５より低い屈折率ｎ３（＜ｎ１）のモード変換構造２０２を設けることで形成されている。なお、モード変換構造２０２は、コア部１０５と異なる屈折率を有する材料で構成されていればよい。但し、ここでは、モード変換構造２０２は、コア部１０５の屈折率よりも低い屈折率をもつものとしている。
また、光導波路１０６のコア部１０５の幅をｄとし、モード変換構造２０２の幅をｔ（＜ｄ）とする。
図１［Ａ］と図９［Ａ］において、同一の機能を有するものは同一の数字を付けている。図９［Ａ］に示す光導波路１０６は、実施例１の図３［Ａ］で示した固有モードを有しており、入射面１０７から入射した光は、これらの固有モードの重ね合わせで表される導波モードに変換され伝搬する。
コア部１０５に光が集中して伝搬することにより、シリコン基板１０１上方で発生するクロストークを防ぐことができる。
【００４８】
つぎに、本実施例におけるモード変換部２０１を伝搬する導波モードについて説明する。
ここで、モード変換部２０１を伝搬する光の規格化周波数をＶとする。
規格化周波数Ｖは、入射光の真空中の伝搬定数をｋ０とするとき、つぎに示される式で表すことができる。
0005539014.tif 000003
【００４９】
規格化周波数Ｖは入射光の波長、モード変換部２０１の屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、幅ｄ、ｔが決まれば一意に決まる。
このとき、Ｖ＜πを満たすように設定することで、モード変換部２０１を伝搬する導波モードの形状を定めることが可能となる。
【００５０】
ここで、一例として、光導波路１０６のコア部１０５の幅を６００ｎｍ、屈折率を２．０２（ＳｉＮ）、クラッド部１０３の屈折率を１．４６（ＳｉＯ２）とする。また、モード変換構造２０２の屈折率を１．４６（ＳｉＯ２）とし、モード変換構造２０２の幅を１００ｎｍとする。
このとき、モード変換部２０１の規格化周波数はＶ＝０．９８π＜πとなる。
このように構成したモード変換部２０１の固有モードを図９［Ｂ］に示す。
このときのｘｚ面において存在する固有モードは、偶モード１つ、奇モード１つの合計２つであり、中心軸付近の屈折率が変化したことにより、導波モードの形状も変形している。
図９［Ｂ］の場合、導波モードの中心付近の振幅が、その周辺部に比べ小さくなるような形状となっている。
これは、カラーフィルタ１１１の透過帯域に含まれる波長の光全てにおいて、固有モードの数は偶モード１つ、奇モード１つの合計２つとなり、また導波モードも同様な形状となる。
ここで、モード変換部２０１のシリコン基板１０１側の下端部をｚ＝０の面とし、シリコン基板表面１１０との距離をＬとする。
また、光導波路１０６の０次、１次、２次モードの伝搬定数をそれぞれ、β０、β１、β２とする。
【００５１】
図１０［Ａ］、［Ｂ］には、入射面１０７の中心付近から光が入射した場合と（図１０［Ａ］）、入射面１０７の端付近から光が入射した場合の（図１０［Ｂ］）、モード変換部２０１付近を伝搬する導波モードを表している。
入射面１０７の中心付近から光が入射した場合、光導波路１０６において、図３［Ａ］の（ａ）（ｂ）に示す偶モードが励起され伝搬する。
そして、モード変換部２０１に光が到達したとき、図９［Ｂ］の（ａ）に示す偶モードの光に変換される。
そして、  図１０［Ａ］のように、形状が定まった導波モードが伝搬する。
次に、入射面１０７の端付近から光が入射した場合、光導波路１０６において、図３［Ａ］の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す偶モードと奇モードが励起され伝搬する。
ここで、カメラレンズＦ値１．４に相当する広がり角±２０度で、入射面１０７の端付近から光が入射すると仮定したとき、図３［Ａ］に示す光導波路１０６の０次モードは５割程度励起される。
このとき、導波モードは大きく乱れずモード変換部２０１へ光が到達し、図９［Ｂ］に示すモード変換部２０１の０次モードが５割以上励起される。その結果、図１０［Ｂ］のようにモード変換部２０１を伝搬する導波モードの形状を定めることができる。
その結果、ｚ＝０において、光導波路１０６の０次モードが他の高次モードに比べて多く励起される。
また、モード変換部２０１の場合、中心軸付近の屈折率が、その周囲の屈折率より低くなっている。
そのため、ｚ＝０において０次モードと２次モードは逆位相で励起される。実施例１で示した（式２）、（式３）における係数α＝−１と定めることができる。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜≧０……（式１）
ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）≦０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−９・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式２）
ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＞０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式３）
（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）の条件を満たすことにより、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができる。
その結果、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができる。
【００５２】
以上により、入射面１０７から入射した光を、光導波路１０６が有する導波モードに変換し、コア部１０５に集中させて伝搬することができる。
そのため、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながらシリコン基板表面１１０まで伝搬することができる。
そして、光導波路１０６にモード変換部２０１を配置することで、光導波路１０６の導波モードの形状を変形し、特定の形状に定め、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができる。
ここで、モード変換部２０１の規格化周波数がＶ＜πとなるように設定し、更に（式１）且つ（式２）または、（式１）且つ（式３）となるようにモード変換部２０１とシリコン基板表面１１０の距離を設定する。
その結果、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことが可能となり、色再現性が高く、高精細な固体撮像素子を得ることができる。
【００５３】
図１１を用いて、光導波路１０６とモード変換部２０１を含む固体撮像素子の数値実施例について説明する。
図１１には、波長６５０ｎｍの光１１３が、カメラレンズＦ値１．４に相当する広がり角±２０度で、入射面１０７の中心付近に入射した場合（ａ）が示されている。
また、端付近から入射した（入射面の中心から＋０．３μｍ、ｘ方向にずらした）場合の電場強度分布（ｂ）が示されている。
また、そのときのシリコン基板表面１１０の電場振幅分布（ｃ）（ｄ）が示されている。さらに、シリコン基板表面１１０からシリコン基板１０１内部へ４μｍ離れた位置の評価面１１４における、電場強度分布（図１１（ｅ）（ｆ））が示されている。
ここで、図１１（ｅ）（ｆ）では比較のため、光導波路１０６のみの構造における、入射面１０７の中心付近から入射した場合と、端付近から入射した場合それぞれに対する電場強度分布を破線で重ねて示している。
【００５４】
図１１（ａ）、（ｃ）、（ｅ）は、それぞれ、モード変換部２０１を含まない光導波路１０６のみの場合における、（ａ）電場強度分布のｘｚ面、（ｃ）シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、（ｅ）評価面１１４の電場強度分布を表している。
また、図１１（ｂ）と（ｄ）と（ｆ）は、それぞれ、光導波路１０６にモード変換部２０１を付加した場合における、（ｂ）電場強度分布のｘｚ面、（ｄ）シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、（ｅ）評価面１１４の電場強度分布を表している。
図１１では、一例として、実施例１と同様に、１画素の幅に対応する入射面１０７の幅を１．２μｍ、画素の高さに対応するシリコン基板表面１１０と入射面１０７との距離を４μｍとしている。
また、光導波路１０６のコア部１０５の幅は６００ｎｍとした。モード変換部２０１は、モード変換構造２０２を光導波路１０６の中心軸上に配置することで形成されている。
モード変換構造２０２はｘｚ面において、幅１００ｎｍ、高さ５００ｎｍの板状とした。
【００５５】
波長６５０ｎｍにおいて、シリコン基板１０１の屈折率は４．０２、消衰係数は０．０１６４とし、配線部１０４のＡｌの屈折率は１．４７、消衰係数は７．７９とした。
ＳｉＯ２で形成したクラッド部１０３の屈折率は１．４６、ＳｉＮで形成したコア部１０５の屈折率は２．０２とした。
また、モード変換構造２０２はＳｉＯ２で形成し、屈折率は１．４６とした。このとき、モード変換部１０９の規格化周波数はＶ＝０．９８π＜πとなる。
ここで、図１０［Ａ］において、シリコン基板１０１側のモード変換部２０１の下端部と、シリコン基板表面１１０との距離Ｌは、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布が同符号となるように（式１）且つ（式２）を満たす範囲Ｌ＝４８０ｎｍに設定している。
このとき、以下に示すように（式１）且つ（式３）の条件を満たしている。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜＝０．０７＞０……（式１）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＝−０．４４＜０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜＝０．２８≧０……（式３）
ここで、Ｌは（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）を満たせば、他の長さでも良い。
【００５６】
図１１（ａ）（ｂ）に示すように、光導波路１０６のみの構造と、光導波路１０６にモード変換部２０１を付加した構造、どちらにおいても、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら、シリコン基板表面１１０まで光を導くことができる。
光導波路１０６のみの場合は、実施例１の図６（ｃ）で示したように、シリコン基板表面１１０における電場振幅は正と負の混在した分布となっていた。
それに対し、本実施例のように光導波路１０６にモード変換部２０１を付加した場合、図１１（ｃ）（ｄ）に示すように、シリコン基板表面１１０において、電場振幅は同符号で分布させることができる。
このとき、図１１（ｅ）（ｆ）に示す電場強度分布から、評価面１１４全体に対する、１画素の幅１．２μｍに含まれる電場強度の割合を比較する。
図１１の（ｅ）より中心付近から入射したとき、光導波路１０６のみの場合は５７％であり、モード変換部２０１を付加した場合は７５％となっている。図１１（ｆ）より画素の端付近から入射したとき、光導波路１０６のみの場合は５５％であり、モード変換部２０１を付加した場合は７３％となっている。
したがって、従来の光導波路１０６のみの場合に比べ、モード変換部２０１を付加した場合の方が電場強度の広がりを抑制することができる。
実施例２の画素ユニット２００を含む固体撮像素子は、実施例１の図８で示した製造プロセスと同様な方法により作製することができる。
【００５７】
本実施例のように、光導波路１０６にモード変換部２０１を付加した構造とすることで、入射面１０７から入射した光を、光導波路１０６が有する導波モードに変換し、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら伝播させることができる。
さらに、モード変換部２０１により、形状が定まった導波モードを伝搬させることで、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができ、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができる。
その結果、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことが可能となり、色再現性が高い、高精細な固体撮像素子を得ることができる。
また、モード変換部２０１のｘｙ面における形状は、図１２（ａ）の形状に限ったものではなく、例えば図１２（ｂ）（ｃ）に示すような形状でも良い。
また、モード変換部２０１の材料はＳｉＯ２に限ったものではなく、他の材料でも良く、空気孔でも良い。
【００５８】
［実施例３］
図１３［Ａ］を用いて、本発明の実施例３における固体撮像素子について説明する。
本実施例の固体撮像素子は、マトリックス状に配列された複数の画素ユニット３００で構成されている。
本実施例の画素ユニット３００は、実施例１の図１［Ａ］で示した画素ユニット１００に対して、モード変換部１０９のモード変換構造１１２を金属とすることで形成されている。
ここで、図１［Ａ］と  図１３［Ａ］において同一の機能を有するものは同一の数字を付けている。
本実施例においては、図１３［Ａ］に示す光導波路１０６は、実施例１の図３［Ａ］で示した固有モードを有しており、入射面１０７から入射した光は、これらの固有モードの重ね合わせで表される導波モードに変換され伝搬する。
コア部１０５に光が集中して伝搬することにより、シリコン基板１０１上方で発生するクロストークを防ぐことができる。
【００５９】
つぎに、本実施例におけるモード変換部３０１を伝搬する導波モードについて説明する。
ここで、一例として、光導波路１０６のコア部１０５の幅を６００ｎｍ、屈折率を２．０２（ＳｉＮ）、クラッド部１０３の屈折率を１．４６（ＳｉＯ２）とする。
また、モード変換部３０１は、モード変換部３０１のコア部の幅が４００ｎｍとなるように、光導波路１０６のコア部１０５の内部の側壁の一部に、モード変換構造３０２であるアルミニウム（Ａｌ）を配置することで形成されている。
Ａｌは、波長６５０ｎｍにおいて、屈折率１．４７、消衰係数７．７９をもつ。消衰係数より、Ａｌへの電場の侵入長は１０ｎｍ以下と見積もることができる。
【００６０】
ここで、モード変換部３０１を伝搬する光の規格化周波数をＶとする。
入射光の真空中の伝搬定数をｋ０、コア部１０５の屈折率をｎ１、モード変換構造３０２の屈折率をｎ３、光導波路１０６のコア部１０５の幅をｄ、モード変換構造３０２の幅を（ｄ−ｔ）とおく。このときのモード変換部３０１に含まれるコア部の幅はｔとなる。
規格化周波数Ｖは、つぎに示される式で表すことができる。
0005539014.tif 000004
【００６１】
規格化周波数Ｖは入射光の波長、モード変換部３０１の屈折率ｎ１、ｎ２、幅ｔが決まれば一意に決まる。
このとき、Ｖ＜πを満たすように設定することで、モード変換部３０１を伝搬する導波モードの形状を定めることが可能となる。本実施例では、規格化周波数はＶ＝０．８５π＜πとなる。
【００６２】
このように構成したモード変換部３０１の固有モードを図１３［Ｂ］に示す。ここで比較のため、図３［Ａ］で示した幅６００ｎｍの光導波路１０６の固有モードを重ねて表示してある。
ｘｚ面において存在する固有モードは、偶モード１つ、奇モード１つの合計２つであり、コア部の幅が狭くなったことにより、固有モードの広がりは狭くなっている。
これは、カラーフィルタ１１１の透過帯域に含まれる波長の光全てにおいて、固有モードの数は偶モード１つ、奇モード１つの合計２つとなり、また導波モードも同様な形状となる。
【００６３】
ここで、モード変換部３０１のシリコン基板１０１側の下端部をｚ＝０の面とし、シリコン基板表面１１０との距離をＬとする。
また、光導波路１０６の０次、１次、２次モードの伝搬定数をそれぞれ、β０、β１、β２とする。
実施例１と同じ原理により、Ｌを以下に示す（式１）且つ（式２）、または（式１）且つ（式３）となるように設定することで、シリコン基板表面１１０におけるモード形状を同符号に定めることができる。
モード変換部３０１の中心軸付近の屈折率は、中心軸の周囲の屈折率よりも大きくなっている。そのため係数αは、ｚ＝０において光導波路１０６の０次モードと、２次モードが同位相で励起されるので、α＝１となっている。
これらの（式１）、（式２）、（式３）は、つぎに示される式で表すことができる。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜≧０……（式１）
ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）≧０
且つ｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−９・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式２）
ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＜０
且つ｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜≧０……（式３）
実施例１と同じ原理により、入射面１０７から入射した光を、光導波路１０６が有する導波モードに変換し、コア部１０５に集中させて伝搬することができる。そのため、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながらシリコン基板表面１１０まで伝搬することができる。
そして、光導波路１０６にモード変換部３０１を配置することで、光導波路１０６の導波モードの形状を変形し、特定の形状に定め、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができる。
ここで、モード変換部３０１の規格化周波数がＶ＜πとなるように設定し、更に（式１）且つ（式２）または、（式１）且つ（式３）となるようにモード変換部３０１とシリコン基板表面１１０の距離を設定する。
その結果、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことが可能となり、色再現性が高く、高精細な固体撮像素子を得ることができる。
【００６４】
図１４を用いて、本実施例における光導波路１０６とモード変換部３０１を含む固体撮像素子の数値実施例について説明する。
図１４には、波長６５０ｎｍの光１１３が、カメラレンズＦ値１．４に相当する広がり角±２０度で、入射面１０７の中心付近に入射した場合（ａ）が示されている。
また、端付近から入射した（入射面の中心から＋０．３μｍだけｘ方向にずらした）場合の電場強度分布（ｂ）が示されている。
また、そのときのシリコン基板表面１１０の電場振幅分布（ｃ）（ｄ）が示されている。さらに、シリコン基板表面１１０からシリコン基板１０１内部へ４μｍ離れた位置の評価面１１４における、電場強度分布（図１４（ｅ）（ｆ））が示されている。
ここで、図１４（ｅ）（ｆ）では比較のため、光導波路１０６のみの構造における、入射面１０７の中心付近から入射した場合と、端付近から入射した場合、それぞれに対する電場強度分布を破線で重ねて示している。
図１４（ａ）、（ｃ）、（ｅ）はそれぞれ、モード変換部３０１を含まない光導波路１０６のみの場合における、（ａ）電場強度分布のｘｚ面、（ｃ）シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、（ｅ）評価面１１４の電場強度分布を表している。
また、図１４（ｂ）と（ｄ）と（ｆ）はそれぞれ、光導波路１０６にモード変換部３０１を付加した場合における、（ｂ）電場強度分布のｘｚ面、（ｄ）シリコン基板表面１１０の電場振幅分布、（ｅ）評価面１１４の電場強度分布を表している。
【００６５】
図１４では一例として、実施例１と同様に、１画素の幅に対応する入射面１０７の幅を１．２μｍ、画素の高さに対応するシリコン基板表面１１０と入射面１０７との距離を４μｍとしている。
また、光導波路１０６のコア部１０５の幅は６００ｎｍとした。モード変換構造３０２はＡｌで形成し、ｘｚ面において、幅１００ｎｍ、高さ５００ｎｍの板状とし、コア部１０５の内壁に接するように形成されている。
このとき、モード変換部３０１のコア部の幅は４００ｎｍとなっている。この場合、モード変換部１０９の規格化周波数はＶ＝０．８５π＜πとなる。
【００６６】
モード変換部３０１の下端部とシリコン基板表面１１０の距離Ｌは１．３５μｍとした。
このとき、以下に示すように（式１）且つ（式３）の条件を満たしている。
｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β１・Ｌ）｜＝０．３４＞０……（式１）
α・ｃｏｓ（β０・Ｌ）・ｃｏｓ（β２・Ｌ）＝−０．２７＜０
且つ、｜ｃｏｓ（β０・Ｌ）｜−１．５・｜ｃｏｓ（β２・Ｌ）｜＝０．３１≧０……（式３）
波長６５０ｎｍにおいて、シリコン基板１０１の屈折率は４．０２、消衰係数は０．０１６４とし、モード変換構造３０２であるＡｌの屈折率は１．４７、消衰係数は７．７９とした。
ＳｉＯ２で形成したクラッド部１０３の屈折率は１．４６、ＳｉＮで形成したコア部１０５の屈折率は２．０２とした。
ここで、図１４（ｂ）において、シリコン基板１０１側のモード変換部３０１の下端部と、シリコン基板表面１１０との距離Ｌは、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布が同符号となるように（式１）且つ（式３）を満たす範囲Ｌ＝１．３５μｍに設定している。
また、ここで、Ｌは（式１）かつ（式２）、または（式１）かつ（式２）を満たせば、他の長さでも良い。
【００６７】
図１４（ａ）（ｂ）に示すように、光導波路１０６のみの構造と、光導波路１０６にモード変換部３０１を付加した構造、どちらにおいても、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら、シリコン基板表面１１０まで光を導くことができる。  光導波路１０６のみの場合は、実施例１の図６（ｃ）で示したように、シリコン基板表面１１０における電場振幅は正と負の混在した分布となっていた。
それに対し、光導波路１０６にモード変換部３０１を付加した場合、図１４（ｃ）（ｄ）に示すように、シリコン基板表面１１０において、電場振幅は同符号で分布させることができる。
このとき、図１４（ｅ）（ｆ）に示す電場強度分布から、評価面１１４全体に対する、１画素の幅１．２μｍに含まれる電場強度の割合を比較する。
図１４（ｅ）より中心付近から入射したとき、光導波路１０６のみの場合は５７％であり、モード変換部３０１を付加した場合は８１％となっている。
図１４（ｆ）より画素の端付近から入射したとき、光導波路１０６のみの場合は５５％であり、モード変換部３０１を付加した場合は６８％となっている。
したがって、従来の光導波路１０６のみの場合に比べ、モード変換部３０１を付加した場合の方が電場強度の広がりを抑制することができる。
ここで、モード変換部３０１は、金属を光導波路１０６の中心軸上に配置することで形成しても良い。その場合、（式２）、（式３）の係数はα＝−１となる。上で示した原理と同じ理由により、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができる。
本実施例の画素ユニット２００を含む固体撮像素子は、実施例１の図８で示した製造プロセスと同様な方法により作製することができる。
【００６８】
本実施例のように、光導波路１０６にモード変換部３０１を付加した構造とすることで、入射面１０７から入射した光を、光導波路１０６が有する導波モードに変換し、シリコン基板１０１の上方で発生するクロストークを防ぎながら伝播させることができる。
さらに、モード変換部３０１により、形状が定まった導波モードを伝搬させることで、シリコン基板表面１１０の電場振幅分布を同符号とすることができ、シリコン基板１０１内部の横方向への光広がりを抑制することができる。
その結果、シリコン基板１０１上方と内部で発生するクロストークを防ぐことが可能となり、色再現性が高い、高精細な固体撮像素子を得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０１：シリコン基板
１０２：光電変換部
１０３：クラッド部
１０４：配線部
１０５：コア部
１０６：光導波路
１０７：入射面
１０８：入射部
１０９：モード変換部
１１０：シリコン基板表面
１１１：カラーフィルタ
１１２：モード変換構造
【図１】
0005539014.tif 000007
【図２】
0005539014.tif 000008
【図３】
0005539014.tif 000009
【図４】
0005539014.tif 000010
【図５】
0005539014.tif 000011
【図６】
0005539014.tif 000012
【図７】
0005539014.tif 000013
【図８】
0005539014.tif 000014
【図９】
0005539014.tif 000015
【図１０】
0005539014.tif 000016
【図１１】
0005539014.tif 000017
【図１２】
0005539014.tif 000018
【図１３】
0005539014.tif 000019
【図１４】
0005539014.tif 000020
【図１５】
0005539014.tif 000021