作为第三代宽禁带半导体材料的代表,氮化铝(AlN)晶体具有宽带隙,高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率以及高抗辐射能力等优点,在高温、高频、高功率电子器件的制备方面具有广阔的应用前景。高质量单晶氮化铝衬底的研发以及下游相关器件的制造将极大促进通信、能源、航天、国防等方面的发展。目前,世界范围内对AlN衬底的制备技术还处于技术研发阶段,产品稀少且价格昂贵。国内多家研究机构和单位相继开展了相关研究,但在晶体尺寸、晶体质量以及衬底的器件应用等方面,均与国际先进水平存在明显差距。物理气相传输(PVT)法被公认为是能够制备出高质量、大尺寸AlN单晶体的主流技术,但受测试手段所限,无法直观地观测晶体生长期间各种条件状态,难以及时反馈进行工艺调整。本文采用计算机模拟仿真技术与实验相结合的方法,针对AlN晶体生长工艺进行研究。本文使用模拟仿真软件VR-PVT AlN,通过晶体生长炉仿真模型的建立以及工艺参数的设定,对生长工艺中涉及的物理及化学过程,包括温度场分布、气流传输方式、不同介质之间的热传导、热辐射、晶体形状演变等进行研究。通过模拟软件内置演算工具对焓变方程、湍流方程、热力学及动力学方程等的联立求解和各参数收敛值迭代计算,对整个晶体生长过程进行可视化研究。在完成晶体炉模型建立的基础之上,针对影响晶体生长质量的不同因素设计模拟方案,对不同方案下晶体生长过程进行模拟计算。通过调整加热器与坩埚的相对位置,探究不同温度梯度对晶体生长的决定性及生长速率的影响规律,并对不同控温点位置、功率拟合及模块热导率等影响温度场分布的参数进行调整,获得与实验匹配的温度场分布结构。对影响晶体生长的原料状态、进气压力、粘接片材料、冷却降温方式等因素进行不同方案设计,探究对晶体生长速率、热应力分布、界面形态变化及位错分布的影响。基于模拟分析结果,进行实验材料的制备,将工艺方案应用到实际的长晶过程,成功制备出了直径大于52 mm的氮化铝单晶体,通过炉体实际运行情况和所得晶体的切片表征结果,证明所得晶体取向为(0002)面,内部热应力较低,晶粒尺寸较大且结晶度较高,具有高质量结构。实验结果验证了拟合方案的正确性,说明了模拟仿真技术对氮化铝晶体生长工艺的研究具有重要的指导意义。