磷化锗锌单晶（ZnGeP₂,简称ZGP）是一种性能优异的非线性光学材料,被认为是目前中远红外激光输出的最佳频率转换介质。本文研究的是目前使用最为普遍、效果最好的垂直布里奇曼法ZnGeP₂单晶生长,由于该方法本身存在晶体生长周期长,晶体生长过程无法直接观察等缺点,限制了通过实验方法直接探究大尺寸ZnGeP₂单晶生长工艺的思路,因此本文采用CGSim计算机模拟仿真软件与实验相结合的方法,来研究影响大尺寸ZnGeP₂单晶生长稳定性的工艺条件和热场结构。本文利用CGSim仿真软件,通过几何模型建立、数理模型建立、物性参数定义、网格划分、边界条件定义以及计算参数设定等过程,完成了初始计算模型的建立,之后依据实际热场结构以及晶体生长界面等实验数据,对物性参数、边界条件和控温热电偶目标温度等进行调整,得到了与实验数据一致的模拟结果,获得了与实验过程匹配良好的计算模型。利用与实验获得匹配的计算模型,结合实际长晶工艺经验,在同一热场结构下设定了0.3 mm/h、0.5 mm/h、0.7 mm/h、0.9 mm/h和1.1 mm/h五组不同坩埚下降速度进行非稳态模拟,通过对模拟结果的分析,探究了不同坩埚下降速度对晶体结晶速率、晶体固液生长界面形态以及热应力分布的影响效果,获得了针对大尺寸ZnGeP₂单晶生长过程的坩埚下降速度设计方案,即在晶体高度低于70 mm时,采用0.3 mm/h的较慢的下降速度,进入等径生长阶段后可以使用0.5-0.9 mm/h的坩埚下降速度以缩短生长时间。冷却过程设计对ZnGeP₂单晶热应力释放及晶体开裂等问题有重要的影响,在同一热场结构下,本文对比原始冷却方案设计了较快和较慢两组不同的冷却方案,探究了不同冷却方案对晶体最终热应力分布以及在冷却过程中的最大和平均热应力变化情况,获得了在冷却初期使用较低降温速度在后期快速降温的冷却方案,以降低初期晶体内整体热应力水平,避免在后期快速降温时出现晶体开裂等问题。不同热场结构设计可以获得不同的晶体生长温度梯度,结合实验中调整热场结构的经验,本文通过调整梯度区隔热层厚度,获得了四组不同的长晶梯度区温度梯度,分别为:3.5 K/cm、5 K/cm、7 K/cm和9 K/cm,通过非稳态模拟计算,探究了不同温度梯度对晶体生长界面形态和热应力分布的影响,相比于原始温度梯度为5K/cm的案例,温度梯度为7 K/cm的案例获得了更优化的模拟结果。本文所采用的模拟仿真与实验相结合的方法,可以应用到其他晶体的工艺研发及热场设计中,为更好的理解晶体生长过程,设计晶体生长工艺提供了思路和方法。