本发明公开了一种半导体超材料波片及其制备方法。本发明提供的半导体超材料波片由多层本征半导体层和多层掺杂半导体层交叉堆叠构成；本征半导体层和掺杂半导体层在垂直于层面方向的厚度均小于共振波长的四分之一。其中，掺杂半导体层内部的自由载流子为电磁共振提供载体。当入射电磁波在垂直于层面方向上的分量不为零时，会产生电磁共振响应。本发明利用超材料强烈的电磁共振效应，减小了波片的体积，可与其他光学器件集成化，有利于提高光学系统的集成度。本发明采用掺杂半导体为载流子的电磁共振提供载体，降低了波片的吸收损耗，提高了波片的转换效率，且该波片的结构简单，更易与其他半导体器件集成，也易于制备。