本发明涉及一种制备直接带隙Ge薄膜的方法，包括提供一GeOI衬底；对所述顶层锗纳米薄膜进行图形化处理，开出若干与底部所述埋氧层贯通的腐蚀窗口；湿法腐蚀直至埋氧层被彻底腐蚀掉，使得所述图形化的顶层锗纳米薄膜与硅衬底虚接触；提供一PDMS载体，所述PDMS载体与所述顶层锗纳米薄膜紧密接触，从而将与硅衬底虚接触的顶层锗纳米薄膜转移到PDMS载体上；将该PDMS载体两端夹紧，并反向施加机械拉伸使得顶层锗纳米薄膜随着PDMS载体的拉伸而形变，在其内部产生张应变。采用本发明的方法制备的直接带隙Ge薄膜应变大小可控，可用于光电器件；其具有低缺陷、低位错密度的特点；通过机械拉伸制备直接带隙Ge纳米薄膜的方法工艺简单，成本较低。