Hallo,
wie hoch ist Deine Betriebsspannung. Vermutlich 5V.
VCEsat beim ULN2003 = 1-1,3V
Welche Flußspannung hat die IR-Diode?
Vielleicht wird die Spannung knapp und der ULN deswegen langsam.
Wie Du schreibst geht es ja bei konstanten Signalen.
Reduziere doch mal die Frequenz.

Probier es doch mal mit einem Wiederstand von 100 Ohm statt einer Diode und schau dir das Signal mit dem Oszi an.

Nimm doch mal statt des Darlington einen einfachen NPN mit Basiswiderstand. Der hat ein UCEsat von <01,V.
Vielleicht gehts dann

Bernhard