本发明公开了一种晶圆级MoS2单层薄膜的制备方法，包括S1在衬底上依次生长缓冲层及GaN外延层；S2在GaN外延层上生长厚度均匀的MoS2层薄膜外延；S3在MoS2层上敷满PMMA苯甲醚溶液，匀胶后加热固化，得到PMMA层；S4在PMMA层上沉积保护层，得到晶圆片；S5将晶圆片置于腐蚀液中，直至晶圆片外圈充满气泡；S6剥离及清洗后，退火改善MoS2与GaN层界面质量，完成晶圆级MoS2单层薄膜的制备。本发明成功制备晶圆级MoS2单层薄膜，与传统的CMOS工艺相兼容，在制备过程中无复杂操作和其他有害副产物产生，同时运用该工艺重现性和可控性良好，推动了未来二维材料与器件在集成领域的发展。