本发明提供的基于超材料与半导体低维量子材料的复合结构，其由自下而上排列的衬底（1）、缓冲层（2）、半导体低维量子材料（3）、半导体隔层材料（4）、超材料（5）组成，所述超材料（5）是周期排布的金属线阵列、周期排布的金属开口谐振环阵列或者渔网结构；所述半导体隔层材料（4）的厚度为5～50纳米。本发明同时利用了半导体低维量子材料的光增益以及半导体材料对光信号的高速响应特性，具有补偿超材料损耗，调控超材料性能的双重功能；在外加控制光或者泵浦光的情况下，这种基于超材料与半导体低维量子材料的复合结构可以实现全光开关或者全光波长转换的功能，而且具有大消光比的优点。