本发明涉及半导体光电器件的技术领域，特别是涉及一种具有热载流子冷却层的半导体元件，从下至上依次包括衬底、第一导电型半导体、多量子阱、快速热载流子冷却层和第二导电型半导体，第二导电型半导体和多量子阱之间具有快速热载流子冷却层；快速热载流子冷却层中的第一高Al元素强度层、第二低Al元素强度层、第三高Al元素强度层通过Al元素强度梯度变化和Mg元素浓度的梯度变化及其组合变化效应形成电子与声子耦合界面，抑制热声子效应，调控热载流子弛豫，热载流子寿命提升1个数量级以上，延缓光学纵模声子的衰减，实现热载流子的快速冷却，减少热载流子被缺陷及深能级俘获和带间转换，提升半导体发光元件的发光效率。