本发明涉及一种限制GaN外延薄膜的裂纹生长、表面形貌均匀且工艺相对简单、易于实现的Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法。采用的技术方案包括：采用MOCVD系统进行外延生长以及Si衬底上外延生长GaN薄膜的方法，其特征在于：其外延结构依次为Si衬底、预铺铝层、低温氮化铝（AlN）缓冲层、高温氮化铝（AlN）缓冲层、氮化镓铝（AlxGa1‑xN）层、氮化镓（GaN）薄膜层，其中，低温AlN缓冲层为低温AlN三维成核层，高温AlN缓冲层为高温AlN二维成核层，AlxGa1‑xN层为AlxGa1‑xN应力释放层，GaN薄膜层为最终生长层。