随着互联网和无线通信的蓬勃发展,半导体器件的集成不仅成为光通信领域的一大研究热点,也是光子计算和光子通信等领域的基础。将具有不同功能的半导体器件集成于一块基片上能够大大减小器件的尺寸以及降低一直居高不下的功率损耗。氮化镓材料(GaN)拥有优异的光学和电学性能,可以同时实现光发射、光传输和光探测功能,本文将面向可见光通信的实际需求,探索光源、光波导和光电探测器的单片同质集成技术,设计并制备一种面向可见光通信的集成光子芯片,进一步提高可见光通信的实用性。本文利用GaN材料可以同时实现光发射、光传导和光探测的特性,采用GaN单片同质集成技术,设计并制备出单片同质集成光源、光波导和光电探测器的可见光通信芯片,将通信芯片集成尺寸缩小至直径300um,有效克服了异质集成高复杂度、高成本以及难以量产的瓶颈。采用背后硅衬底剥离和氮化物减薄等技术,将可见光通信芯片的厚度减薄至仅3um,获得悬空器件和氮化镓波导。有效提高了光的耦合效率、降低了波导的模式色散、减小了器件的厚度和结电容,克服了厚膜GaN的性能瓶颈,成功实现了集成光子芯片内50Mbit/s的通信速率。基于对GaN量子阱器件在发光的同时又可以探测光的机理的发现,实现一对量子阱器件间的同时同频全双工通信,并设计了一种基于一对器件全双工通信的自干扰消除算法,实现了单个器件中全双工通信信号的提取与分离,使得单个器件可以同时发光和探测光。此外,基于这种一对量子阱器件间的同时同频全双工通信,本文还搭建了一种面向三维的可见光通信和测试系统。